主题：【翻译】可再生能源－－消除温室效应 1序 -- hwd99
感觉每天一次由潮汐带来的能量很大，当然不如一般的波浪稳定，大约采集起来还是由风产生波浪持续性更好些。
如果在类似喇叭口的地形上筑坝，涨潮时可以发电，同时把涨上来的水积在坝的一边，落潮时又可以发一次电。每天能量应该不少，每月一次大一点的，一年一次最大的，只是要看成本是否合算。
13 食物和农业
现代农业是使用土地将石油转变成食物。 Albert Bartlett
我们在第6章讨论温室可以产生多少可再生能量，本章将讨论我们需要多少能量生产每天的面包。
通常一个体重65kg普通人每天消耗的食物热值是2600卡路里，它等于3kWh。大多少能量在我们体内以热能散发。因此，一个人就向一个功率为100W的灯泡一样的热源。在一个小房间内集中10个人，你可以关闭1kW制热空调。
我们实际需要多少能量，以得到3kWh能量。如果我们考虑加热食物消耗能量，我们会发现，这个数字很大，这决定我们是食素还是食荤。
食素消耗的能量就是3kWh/d，来自素菜中能量。
牛奶能量
我喜欢牛奶。如果我每天喝一品脱牛奶，需要多少能量来生产它？一头奶牛一天生产16升牛奶。一品脱牛奶是半升，需要1/32头奶牛来供应。我还喜欢奶酪，制造1公斤爱尔兰切达干酪，需要9公斤牛奶。因此，每天消耗50g奶牛，需要450g牛奶，消耗能量与牛奶相近。一头牛，需要每天消耗多少能量，假设每公斤牛消耗的能量与人类相同，根据65公斤普通人消耗能量3kWh/d，我们得到结果是21kWh/d。这种从人到牛的推论，是否让你觉得很简单？让我到网上看看：http://www.dairyaustralia.com.au/ 该网给的结果是450公斤牛消耗能量是85/d，等于24kWh/d。很好，我们的猜测误差不是很大。因此，我的牛奶和奶酪消耗可估算为每天1.5kWh。这里忽略了很多其他能量消耗，例如，牛奶消毒、运输，牛奶转换为奶酪的能耗。我们将在第15章讨论运输和超市成本时涉及。
鸡蛋
生蛋鸡每天吃110克饲料，假设每公斤饲料能量是3.3kWh，则每只鸡每天消耗能量是0.4kWh。通常鸡每年产蛋290个，如何一天吃两个鸡蛋，一年吃鸡蛋平均到每天消耗能量是每人1kWh。每个鸡蛋含有能量80kCal，约0.1kWh。从能源效率来看，生产鸡蛋效率是20％。
吃肉能耗
平均每个美国人每天吃肉半磅，等于227克。为了计算生产肉所需要的能量，我们需要了解动物饲养过程中消耗的能量。我们来看看鸡、猪和牛。
鸡：从小鸡到宰杀需要50天。一个人每天消耗半磅，需要活着的鸡重25磅。
猪：通常从出生到变成肉需要400天。每天消耗半磅，需要活着的猪重量是200磅。
牛：通常需要1000天生长，需要活着的牛重量是500磅。
假设你每天吃半磅肉，由相同数量猪、鸡和牛肉组成，等于一年要保持8磅鸡、70磅猪肉和170磅牛常年存活。等于需要保持170kg动物存活（可获得110kg肉，当活的动物屠宰后，产肉按照2/3计算）。根据人存活消耗能量（65kg人需要3kWh/d），我们可以得到这些动物每天消耗能量：
170kg×3kWh/d/65kg=8kWh/d
这里假设人和动物生理特性相同。精确计算参见本章附录。这里给出一个近似估计。因此，每个人消耗蔬菜、牛奶、鸡蛋和肉需要能量＝1.5+1.5+1+8=12kWh/d。
（直接食用食物的热平衡是素菜1.5kWh，牛奶0.7kWh；鸡蛋0.2kWh；肉0.5kWh， 总共2.9kWh/d.）。
这个数字不包括农业生产、肥料、食品加工、冷冻、运输过程能耗。我们在第15章和下面讨论。
这些计算是否表明，素食主义者消耗较少能量？这由动物是如何饲养的来决定。例如，在陡峭的威尔士山区，这些土地只能做牧场。它们只能用来放牧羊，不能用来种植庄稼。你可以将这些天然陡坡看成是养殖免维护的生物燃料原料场所，羊是一头自动制造生物燃料的机器。从太阳到羊嘴之间能量损失巨大，但是，我们也没有其他方法，在这样地方，收集太阳能。（我不知道，在恶劣天气，人们需要将羊赶到低地，使用大豆饲料等喂养，需要消耗多少能量）在非洲灌木丛和澳大利亚草地，情况类似。在印度，人们喜欢奶牛，通常使用水稻和玉米负产物来喂养奶牛。
另一方面，当动物被圈养，喂食粮食时，其效率明显比不上省略动物这个中间过程，人类直接食用粮食。
肥料和其他农场能耗
欧洲肥料生产能耗约为2kWh/天/人。根据Warwick大学给英国环境、食品及农村事务部报告，2005年英国在农场车辆、机器、加热（温室方面）、照明、通风和制冷等方面能量支出是0.9kWh/天/人。
其他动物
动物伴侣！你难道是小狗、小猫或小马的仆人？
英国有800万只猫。我们来假设你照顾了其中一个。需要消耗多少能量？假设一只小猫每天吃50g肉，相当于一只小猫需要每天消耗2kWh能量。一只吃素的猫会消耗少一些。
同样，一只狗需要每天消耗200g肉，以及能量等于1kWh碳水化合物，每天消耗总能量是9kWh。同样一只马重400kg，每天消耗17kWh能量。
错误观点
走路消耗的食物如此多，我们应当坐车，而不是走路。
这与你饮食习惯有关。我们能够找到一种食物，其生产过程中消耗能量远比食物所提供的能量多得多。一包含1kWh能量的油炸食物，需要消耗1.4kWh能量来生产。肉类生产需要的能量更多。根据Exeter大学一项研究结果，人们所吃的食品，平均1kWh需要消耗约6kWh能量。为了比较走路和步行消耗的能量，我们需要了解运输模式的效率。对典型的小汽车，每100公里需要消耗80kWh。走路是100km消耗3.6kWh，少22倍。因此，只要你的食品在生产过程中消耗的能量少于22kWh/kWh，你乘坐汽车消耗的能量比你走路要少。因此，对典型食品来说，你走路消耗的能量比乘车多是错误的。走路所需要的能量不到乘车1/4。
图 食物和农业消耗的能量
附录
关于饲养鸡
作者注释：饲养20周，鸡重1.5-1.6kg。饲料能量是3.3kWh/kg，6周大时，每周需要饲料340g，20周时，每周需要饲料500g。产卵时，每天需要饲料110g
肉鸡饲料能量是3.7kWh/kg。每天每只鸡消耗能量0.5kWh。成鸡重约2kg。重2.95kg消耗饲料总重5.32kg。因此，每公斤鸡需要消耗能量6.7kWh，等于每公斤鸡肉消耗10kWh。
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14 潮汐
月亮绕地球转动，又一起绕太阳转动，每年转一圈。而月亮绕地球转动，每28天转一圈。地球每天绕自转周旋转一周。这些旋转受万有引力和旋转产生的惯性作用控制，处于平衡。但是，也会存在局部的不平衡。它们导致潮汐现象。
潮汐现象是指海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动，通常月亮产生的引力比太阳大三倍以上。因此，太阳和月亮是否排列成线对潮汐影响较大。满月和新月时，两种排列成线，相互加强，导致大潮，每2周发生一次。在两个时间中间，不平衡相互抵消，潮汐较小。称为小潮。大潮强度约等于小潮2倍：潮差相差2倍，潮流也相差2倍。
为什么每天有2个高潮，和2个低潮。如何地球是一个完美的球体，被海上覆盖。则月亮引力会导致地表水的形状向橄榄球形状改变。住在赤道上人会感到每天二次水位上升和下降：一次是月亮与橄榄球头，另一次是与橄榄球尾接近。实际有些差别。地球不是光滑球体，覆盖在地球表面的水也不均匀。由于陆地阻挡，两部分高潮水也不会聚集起来。因此，实际潮汐行为很复杂。在大西洋这样的庞大水体，虽然形成高潮和低潮，但不会绕地球移动。在北大西洋，两次高潮和两次低潮会逆时针绕大西洋每天转动 一次。我们在英国，不能直接看到大西洋高潮和低潮。我们被大陆架阻隔了。
潮汐移动速度与海水深度有关。水浅速度慢。在外海，潮高仅1－2英尺。到达欧洲河口，潮高可达到4米。在北半球，由于科尼奥尼力作用，使潮波向右偏移。例如，英国河口潮汐比法国大。进入北海的潮汐涌现到英国海岸thames河口，而不是左转到荷兰。
潮汐能量主要来自月亮。一部分能量来自地球自转，潮汐使地球自转速率下降。我们能得到多少潮汐能？
潮汐能估算
图：人工潮汐池塘
在估算潮汐能时，我们可以假设一个人工池塘，与大海相连，有一个叶轮将池塘充水和排水。G章将估算这样的潮汐池塘所拥有的潮汐能。假设4米潮差，最大人工潮汐池塘，在高潮时充满，低潮时排空，可在排空和充满时产生能量，能量密度是3W/m2。这个能量与风能密度相近。我们知道，风能所能起的作用。需要整个国家的土地来建风能电站，才有明显作用。与此类似，为了让潮汐能起作用，我们需要的潮汐池塘面积应与英国面积相近。
英国北海就是这样一个天然池塘。如果我们在合适地点安装发电机，这个发电机类似风力发电机安装在水下。由于水的密度是空气密度1000倍，同样水流能量将是风能1000倍。我们先讨论英国周围所含有的潮汐能量。
图 英国北海构成一个天然潮汐水池
英国潮汐能估算
英国周围潮汐是一个天然潮汐波，在大西洋上形成的大潮以每小时70公里速度，从Scilly岛方向向东进入英国河流和海峡，向普利茅斯和多佛涌来。在北边，高潮沿顺时针到达苏格兰，进入北海，从Wick到Berwich和Hull，时速达到100公里。它们在泰晤士河会合。这两股潮水到达时，时间上略有差距，伦敦每天有两次高潮。
图 英国潮汐能测量结果是250GW
我们能够获得的潮汐能不会超过来自大西洋的潮汐波所含有的能量。测量潮汐波所含有能量是250GW，能为每个英国人每天提供100kWh能量。假设我们能够获得10％潮汐能，转化效率是50％，则实际每个人每天能得到5kWh能量。
这是一个猜想。没有从技术方面进行考虑。让我们从三种方案来讨论潮汐能量。
直接来自潮汐流
类似风力电站，直接在海中建发电站，使用海流发电机，一只叶轮发电机，例如，2003年安装在挪威Hammerfest市北部，功率300kW。但是，还未见到实际发电量数据。我们只能从物理原理来预测它能发多少电。假设它们类似风力发电机，效率与最好的风力发电机相近。估算结果参见表
速度 m/s 功率 W/m2
0.5 1
1 8
2 60
3 200
4 500
5 1000
通常水流速率为2－3节，在英国周围有很大海洋，单位面积潮汐能量超过6W/m2。该能量密度介于风力（2－3W/m2）和太阳能光伏发电(5-10W/m2)之间。
大坝
建潮汐大坝是成熟技术。法国郎斯建成一个大坝，潮差约8米，自1966年以来，平均发电功率为60MW。
英国severn海湾的潮差范围大，在Cardiff，潮差在大潮时达到11.3米，在小潮时也达到5.8米。如果在海湾进口建大坝（从Weston－super－Mare 到Cardiff），将获得500平方公里潮汐湖。这个湖面积比法国郎斯大得多。潮汐在这个湖产生的功率是多少？根据上表理论计算可以得到，当潮差为11.3米时，功率为14.5GW,等于每个人每天获得5.8kWh。当潮差为5.8米时，功率为3.9GW,等于每个人每天获得1.6kWh。这些数字假定仅是是在高潮潮峰是一个脉冲进入潮汐湖，离开潮汐湖也是一个脉冲。实际上，潮汐进水和出水都需要几小时，使能获得能量减少。目前建议只能获得一个方向能量，使实际得到能量减半。工程师估算，这个潮汐发电系统，将为每个英国人每天提供0.8kWh。此外，还保护沿岸不受潮汐侵扰，价值1.2亿英镑。
图 Severn潮汐发电建议
人工潮汐湖
在海中建墙围出一个湖，类似人工海湾。主要要求水比较浅，潮差大，从而比较经济，发电成本降低。英国有两个地点，可建这样的潮汐湖，东海岸Wash和西海岸Blackpool。其他地点包括北威尔士，林肯郡、南威尔士和东Sussex。
设想两个面积400平方公里潮汐湖，分别在Blackpool和Wash。
在同一个地点建两个潮汐湖，可以使用下面方案获得储能能力。将两个潮汐湖分别叫高位湖和低位湖。在低潮时，从高位湖排出水获得的能量，一部分用来排空低位湖，使其水位低于低潮时水位。消耗的能量在高潮时得到补偿：当潮水进入低位湖时，会产生更多电能。高潮时方法类似，使用低位湖能量，将过量水打入高位湖。这样我们就能够储存电网多余发电能力。
英国人工潮汐湖平均能量密度是4.5W/m2。如果我们能建成800平方公里人工潮汐湖，可为每个人每天提供1.5kWh能量。
美丽的潮汐
总计以上三种方案，潮汐能为每个人每天提供11kWh电能。英国还没有建成工业规模的潮汐电厂，因此，我们还不知道其经济性。潮汐叶轮发电是否存在很多问题，如腐蚀、淤塞、漂浮废弃物缠绕等。但是，英国潮汐发电在以下七个方面有优势。1、潮汐发电比较有规律，不象风电和太阳能发电依赖天气，不稳定。潮汐发电在一年内，每天都稳定工作，使用潮汐人工湖还能储存能量，使用时在输出。2、英国周围不同地点，如Anglesey， Islay， Orkney和多佛等地高潮和低潮时间错开，从而可以得到比较均匀的发电能力。3 潮汐能会持续百万年。4 它不需要使用高价格设施。5 能量密度大于风能，设备体积小于同功率风力发电机，因而会比较便宜。6 水下比较平静，不会象风力发电，易受风暴影响，安全设计比较简单。7人们住在陆地，看不到水下设备，因而对潮汐发电设备的反对，不会象风力发电那么强烈。
错误观点
潮汐发电，虽然清洁无污染，但是不可再生。从潮汐中获得能量，将减缓地球自转，我们不能长期使用潮汐发电
错误：自然存在的潮汐市地球自转减慢。地球自转能量损失是3TW。由于潮汐存在，每百年地球自转减慢，使每天增加2.3毫秒。潮汐能电厂抽出的能量是潮汐中摩擦损失的能量，不影响潮汐。潮汐能会持续几十亿年。
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15 物品：
生产和使用物品是消耗能量的主要过程之一。在原料生命周期内，主要有三个过程，首先，新生产物品摆放在商店货架上，叫做商品。当它被买走以后，撤去包装，就从商品变成用品。在使用者手中将存放几个月或几年。最终，人们会将其作为废物扔掉。主人会让人将其运走。
如果我们要明白，这个过程消耗的能量，我们需要看整个什么周期内的能量变化。通常叫生命周期分析，可用于从电吹风到轮船的能量消耗分析。主要分四个阶段：
原料准备阶段：生产原料，包括采矿、熔化、纯化、在制造厂炼制，例如塑料、玻璃、金属、陶瓷等。这个阶段消耗能量还包括运输原料到不同地点。
生产阶段：在这个阶段，将原料处理得到产品。在工厂，绕制电吹风电阻线。制造外壳，装配零件等。这个阶段能耗还包括保证和运输。
使用阶段：不管是电吹风还是远洋货轮，使用时，都需要消耗能量
处置阶段：这个阶段包括将废弃物品填埋、或拆解回收利用，还保持清除相关污染物。
为了得到物品在整个什么周期的能量，我们必须估算四个阶段能耗，将它们加和。通常会有一个阶段能耗起主导作用。因此，我们只要估算主导能耗阶段。如果我们希望减少总能耗，也应当首先关注主导过程，同时注意，不要增加其他三个过程能耗。
这里我们不分析所有物品的能耗，只选择激光代表性例子：饮料瓶、计算机、电池、垃圾邮件、汽车和房屋。主要关注原料和生产阶段能耗。我们称所消耗能量为所含能量，这个词很不准确，因为能量不是包含在物品内的。
饮料瓶：
假设你喜欢喝可口可乐：每天喝5听。将饮料铝罐扔掉。对这个物品来说，原料阶段能耗是主要的。制造金属，特别是铝，是非常耗能的。制造一个饮料铝罐耗能0.6kWh。因此，每天喝5听可口可乐，消耗能量是3kWh。
使用聚对苯乙二酸乙二脂制造的500毫升水瓶，重25克，所含能量是0.7kWh，比铝罐还差。
其他包装材料
平均每个英国人每天扔掉400克包装材料，主要是食品保证袋。每公斤包装材料所含能量从7－20kWh。制造原料从玻璃、纸张、塑料和钢材。按照典型的能量10kWh/kg计算，平均每人每天使用包装材料，消耗能量4kWh。废弃包装材料在焚烧时，回收了部分能量，参见第27章。
计算机
制造一个个人计算机，消耗能量是1800kWh。如果您两年买一台计算机，对应的能耗是每天2.5kWh。
电池
一个可充电镍镉电池，储存0.001kWh电能，重25克，需要1.4kWh制造能量。如果处理能量相近，每个月使用两个这样电池，则每天需要0.1kWh/d。因此，使用电池所消耗能量是比较小。
报纸、杂志和垃圾邮件
铁路站免费分发的30页报纸，重90克。剑桥每周新闻，有56页，重150克。独立报有56页，重200克。一份56页广告杂志和32页剑桥顶点杂志（Cambridgeshire Pride Magazine）分别重100和125克。
这些报纸和杂志同样消耗能量。包括制造和运输。每公斤纸消耗10kWh，因此，到达每个人手里的报纸、杂志和垃圾邮件约重200克，相当于能量2kWh。
如果我们回收纸张，可以节省一半能量。焚烧纸张回收能量很少。
大件物品
最大的物品是人们的房子。
在H章，我将估算新建房子消耗的能量。假设房子能住100年，估计的能量是每天每人2.3kWh。这仅仅是毛坯房。，包括基础，转、屋顶等。如果每座房子住2.3人，则每个人每天1kWh。
小汽车和道路？我们很多人拥有汽车，我们共享公路。一辆新汽车所含能量是76000kWh，如果你使用15年，每天将是14kWh。Treloar等通过生命周期分析，澳大利亚公路所含能量是每米7600kWh。假设维护能耗，在40年间，是每米35000kWh。使用这个数据来估算英国，英国有28000英里公路，我们每个人每天是2kWh。
物品运输
前面我们主要分析个人相关的能耗，例如买衣服，和独立报，你将增加2kWh，下面我们将讨论公共性能耗，考虑全国性能耗，然后将其均分到每个人身上。
货物运输使用吨公里来计量。将一吨康沃尔馅饼运输到580公里外，我们说运输量是580吨公里。英国公共运输能耗约为每吨公里1kWh。
当一艘货船运输5万吨货物到1万公里外，运输量是5百万吨公里。船运能耗是每吨公里0.015kWh。这说明船运效率比公里运输高得多。
公路运输：
2006年，英国公里运输货物总量是1560亿吨公里，分到6000万英国人头上，每个人每天是7吨公里，等于每人每天消耗1kWh。运输的货物，四分之一是食物、饮料和烟草。
水运
2――2年英国港口运输5亿6千万吨货物，Tyndall中心估算每个人每天能耗约4kWh。
运送水
水不是一个令人注目得物品，但我们用量很大，每个人每天160升。同时，我们也产生同样数量得污水给水处理公司。泵送水和废水消耗的能量是每天每人0.4kWh。
脱盐
目前英国消耗在盐水脱盐上能量很少。但人们正在讨论建脱盐工厂。将盐水转化成饮用水，需要消耗多少能量？耗能最少的方法是反渗透。制造一个反渗透膜，让盐水通过，给盐水加压以后，透过膜的水就是纯水。由于纯水熵很低，我们从盐水中分离出纯水，必然消耗很多能量。
Jersey岛上按照了一个每天制造6000吨纯水的工厂。包括从海里抽水的水泵在内，整个系统功率是2MW。每方水能耗是8kWh。每个人消耗水量是160升，则使用海水脱盐水，每个人每天需要1.3kWh能量。
物品零售
英国超市每天消耗能量是11TWh。平均给每个人是每天0.5kWh。
输入物品
在标准计算英国能耗和英国碳排放时，没有计算进口物品。英国过去使用自己制造的商品，1910年我们的人均产值就象今天的美国哪样大。现在英国不制造那么多货物，因此，我们的能耗和碳释放降低了一点。但我们喜欢各种商品，从其他国家进口。我们是否英国忽略这些商品的制造能耗，因为它们是进口的？我不这样认为。Dieter Helm和他的牛津同事估计，如果考虑进口和出口，英国碳排放量是现有每人每年11吨两倍，准确说是11吨。这表明，每个英国人最大的能耗来自进口商品的制造。
在H章，我将讨论英国进口货物重量，除进口燃料外，平均每个英国人进口2吨货物，其中1.3吨是汽车、机器、白色电器等。等于每人每天4公斤物品。制造这样的货物，每公斤消耗10kWh。我估计，这些货物，包括汽车、冰箱、微波炉、计算机、复印机和电视机等，含有能量是每人每天40kWh。
总计以上各种能量，我得到每个人每天48kWh，用于制造商品，包括进口40，报纸2，公路制造2、家庭物品1和报纸材料3。另外包括运输能耗12kWh，包括公路运输、海运和管道运输。还要超市储存食品能耗。
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16 地热能
来自两个方面：地壳内放射性物质衰减。以及来自地球核心的热能。地核释放热能是因为，原始地球是很热的，它在不断冷却和固化。
地热能是可再生能源，它一直有效，与天气无关。如果我们建地热能电站，我们能根据需要打开和关闭。
图 16.3 冰岛一家地热能电站
我们有多少地热能？我们可以计算两个方面：地壳表面平均能量和特定地点地热能，如冰岛。当然，最适合发展地热能电站的地方是地热丰富的地方。
减少地热能电站的困难在于热能从岩石传输到地面的限制因素和速率。就象使用草去吸取液体，你不知道什么时候吸取的是空气。液体数量有限，可是你不知道有多少，因而不可持续。
如果你从15公里深处获取热能，你会发现很容易产生沸水。你可以使用两个钻孔，一个注入冷水，另一个可以获得蒸汽，用来驱动蒸汽轮机发电。无限的电能？不，也许一段时间以后，地下岩石温度下降，你必须等待地核热能传输过来。也许正确的态度是，将其看成是一种资源，类似化石燃料。这将给我们另外一种能够提供100年左右能源的方案？本书主要对可再生能源感兴趣，下面我们来总结地热能。
可再生地热能
在一定深度下，地热能应是可再生的。这与取热速度有关。如果取热速度过快，导致地下越来越冷，超出地球传热速度，则不能看成是可再生的。
地热有两个来源，从放射性物质衰变和来自地核。从地心穿过地幔的能量密度是10mW/m2，地面热能密度是50mW/m2。因此，放射性物质衰变产生的热能是40mW/m2。
图16.4 地球温度分布
典型地面最大能量密度是50mW/m2。地热能品质低，是低等级热能。我们想使用它发电，所以我们必须钻孔到地下深处获取高温热源。在地下40公里温度是500度，在地面，热能密度最大，但温度最低，地下40km处，温度高但热能密度低（缺少了放射性衰败产生的能量）。有一个最佳深度。这与我们使用的电站设备有关。如果目标是最大可再生功率密度，我们可以为理学发电机找到最近深度。
根据温度分布，我计算最佳深度是15公里。能量传输密度是17mW/m2。如果使用所有陆地，根据世界人口密度为每平方公里43人，每人每天获得能量是10kWh。英国人口密度大5倍，因此，地热能可再生能量是每天每人2kWh。
这是可再生地热能情况，不考虑特殊热点。减少电站发电机效率是理想的，假设钻孔深度是任意的。钻15公里孔是可能的。
将地热能看成是矿藏
另外一个策略是将地热能看成是矿藏。在加强获取地热能情况下，我们钻两个孔，深度5－10公里。将冷水打入地下，获得热水和蒸汽。用来发电和送热。英国地热能资源如何？很不幸，英国资源不多，主要集中在Cornwall，1985年在Rosemanowes进行一些地热试验，现已关闭。咨询人员估计，在英国使用地热能发电，在短期和中期内，经济上和技术上都是不可行。那么资源如何？最大估计约130000TWh，可以为每个英国人每天提供1.1kWh持续800年。
世界其他地方的地热能资源，可以咨询当地。在英国，地热能的贡献是微不足道的。
南安普顿不是在使用地热能？它们使用多少？
是的，南安普顿地热能中心计划，在2004年是英国唯一计划。它提供城市热水。地热能井是一项良好供冷热电项目的一部分。地热冷贡献70GWh能量中15％，当地人口是217445，人均获得地热能是0.13kWh/d。
图16.6 地热能贡献
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17 公共服务
国家防卫能耗
我们来估算我们在军事方面的能耗：
2007－2008年，英国政府在军事方面支出是330英镑，占政府支出5870英镑6％。如果我们包括英国花在反恐方面支出，总支出是360亿英镑。
粗略估算，每kWh费用是2.7便士（来自平均能量价格），可以得到，在军事防卫上能量消耗是80TWh，包括制造子弹、炸弹、核武器等。对应每个人每天是4kWh。
核武器费用
从1945年到1996年，美国政府用于核武器制造和维护费用是5万5千亿美元（1996年美元）。核武器费用超过了联邦政府在教育、农业、培训、和社会服务，环境和资源管理、科学、技术、社区发展等，法律事务和能源制造等方面总和。我们根据上面数据，假设每kWh价格是5美分，则美国每个人在核武器方面能耗是26000kWh，等于每人每天1.4kWh。
这些核武器使用了吗？美国和苏联制造的以百万吨TNT当量。一吨TNT能量是1200kWh。轰炸日本广岛的核弹是15000吨TNT，等于1800万吨kWh。一个百万吨级核弹的冷是12以kWh。当它降临到1百万人口城市，等于每个人1200kWh。等于每个人120升石油。每个核武器总能量是24亿吨，有1万个核弹头。在过去对抗最严重时，美国核武库曾达到200亿吨。如果使用，相当于每个美国人10万kWh。这等于过去40年每人每天7kWh，等于每个核电厂供应量。
制造核武器原料能量
主要核武器原料是镤，美国制造了104吨，美国还制造了高纯铀994吨。制造这些材料需要能量。
制造一克镤，最有效率情况下，需要能量24000kWh，制造104吨镤消耗25000亿kWh能量，等于每个人0.5hWh/day/person。
制造高纯铀能耗更大。主要工作是分离235U和238U获得铀235。制造994吨铀235，等于每个美国人每天能量0.1kWh。
大学
根据时代高等教育增刊，英国大学每年消耗52亿kWh电。分配到每个人等于每天0.24kWh。因此，高度教育能量消耗远低于军事防卫方面。
还有其他一些公共服务能耗。
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18 我们能否依靠可再生能源
图18.1 能源消耗和可再生能源
能源消耗部分是每人每天195kWh，能源供应部分是180。非常接近。但是，我们在计算生产部分时，没有考虑成本，社会和环境限制。很多贡献之间相互矛盾，如光伏发电和光热利用不可同时得到。光伏电池发电厂占用的土地可能用在生物质植物生产了，后者在我们的估算中占用75％英国土地。如果我们考虑这些选择的成本，例如每人20万英镑做光伏电池等，我们就少了这样的可再生能源来源，因此，供应部分明显达不到消耗要求。
即使能耗低于能源供应，我们也不一定能满足要求。我们不能使用猫食来驱动电视工作，也不能用风力发电供应猫食。能量以不同形式存在，化学能、电能、动能和热。对可再生计划来说，我们需要数量和能源状态两个方面匹配。将能量从一种状态转变成另一种状态，例如在发电厂，从化学能转变成电能，或从电能转变成化学能，例如电解水生产氢气等，都会带来巨大能量损失。我们将在第27章讨论这个重要问题。
这里我们估算能量消耗和供应，将其同官方数据和其他人估计数据做比较。讨论英国能供应多少可再生能量。
我们在本章讨论的问题：
1、 能量消耗结果如何？平均每个英国人能耗是多少，官方数据和其他国家数据如何？
2、 我是否低估了可再生能源潜力？我们将比较其他组织估计，如可再生发展委员会，电工协会和替代技术中心。
3、 考虑社会和经济限制以后，可再生能源供应的变化？
能源消耗
在能源表中，我们估算的能源消耗是人们每天195kWh，我们很多人使用的能量超过它。平均每个美国人每天能耗是250kWh。如果我们每个人都达到美国人平均水平，则供应部分必然低于消耗。
平均每个欧洲人消耗的一次能源是每天125kWh，这与英国相同。官方数据不包括进口商品所消耗能量，我们在第15章估计，每人每天40kWh。官方估计仅包括工业能耗，不包括食物等所含有能量。
另外差别还包括我们忽略了能源转化过程中损失点能量。例如，在估算汽车能耗是，我们仅仅计算了汽油，不包括生产汽油需要在石油炼制过程中消耗能量。转化过程中能量损失，在英国能源消耗中占22％。大多数损失发生在发电站。在电网损失的能量约占1％。
我们的估算结果是否有偏向？是否是针对富人的？下面看官方数据：，图18.2显示终端用户能量消耗。最大两类是运输和供暖。它们在表中也占据主要。运输能耗包括：
能耗项目 燃料 人均数量（kWh/天）
――――――――――――――――――
公里运输 石油 22.5
铁路 石油 0.4
水运 石油 1.0
航空 石油 7.4
所有交通 电 0.4
―――――――――――
总计 31.6
主要能耗是公路运输。每天汽车50公里等于一年飞到南非开普敦一次。根据国家统计数据，飞行仅次于公路运输。
英国官方能耗数据与其他国家比较如何？图8.4显示俩许多国家人均能耗和国民产值。通常国民产值越高，能耗越高。英国是典型高国民产值国家，周围还有德国、法国、日本、奥地利、爱尔兰、瑞士和丹麦。香港国民产值大，但能耗小。香港人均产值与英国相同，但是能耗仅为80kWh/d/p。
图8.4 各国人均能耗和国民产值
从这些资料比较可以看成，英国是个典型欧洲国家，我们需要回答、英国是否能够依靠可再生能源获得高质量生活？
能源供应
人们常说，英国有丰富的可再生能源。是否我的估算是垃圾？我是否低估了可再生能源？我们来比较其他机构估算结果。首先是可再生能源委员会出版的报告：核能在低碳经济中的地位，减少二氧化碳排放――核能和替代能源。虽然报告对可再生能源的评价是正面的，但是，（总和）结果却比我的小。给出了四个机构平均结果，如图18.6是我的估算结果与它们及替代技术中心结果的比较。下面介绍每个来源
图18.6 英国可再生能源
IEE：电力工程研究所在2002年发布可再生能源报告，总计英国各种可能的贡献。图18。6中第二列技术潜力是上限数据，是不可能超过的数据。根据IEE，所有可再生能源潜力是每人每天27kWh。
Tyndall Tyndall中心估算总量是15kWh/d/p
IAG 部门间分析估算结果是12
PIU 根据2001年PIU综述，有DTI提供，给出的是最大潜力。
CAT 来自替代技术中心。
生物质能驱动的欧洲
很多人问我，我们过去工业革命前，依靠可再生能源吗？是的，但是不要忘记两件不同事情：生活方式和人口密度
400年前，欧洲经济依靠木材和庄稼，还包括一点风能、潮汐能和水力能，均是可再生的。估计平均每个人每天消耗能量20kWh。每天每人使用4kg目前，需要1公顷森林供应。欧洲在1700年人均土地52000平方米。在密度最高地区，人均土地面积是17500平方米。今天，英国人口密度是每人4000平方米。即使我们回到中世纪生活方式，将我们的周围都变成森林，我们也无法依靠可再生资源，因为我们的人口密度太大。
满足社会需要的绿色动力
图18.1给出结果是悲观的。是的，从技术上说，英国有巨大的可再生能源。但是，现实来看，我不认为英国能依靠可再生资源继续目前生活方式。这也是各种反对意见给出的结论。人们喜欢可再生能源，但是，除非足够多，大于我们的需求。如果英国人了解这件事，最好说不。
风力发电站：不，它们太吵了。
屋顶太阳能板：不，它们会搞坏街道景观。
更多森林：不，会破坏农村
垃圾焚烧：不，我担心健康风险、交通问题，灰尘和噪声
水力发电：是，但不要大水电，破坏环境
海上风力发电：我对丑陋的风力发电阵列非常讨厌，比纳粹入侵还讨厌。
波浪能或地热能：太贵了。
由于这些缺点，我担心英国可再生能源实际只能为每人每天提供18kWh。
考虑到噪声，图18、8中白色部分是村庄或城镇周围2公路范围，假定不能发展风力发电。所有离居民居住距离2公里以上地区是黑色。这些部分很多风力很小，不能发电。
一些环保主义者有好心，但思想糊涂，对解决气候变化是个障碍。
Malcolm Wicks 能源部长
我们对第一部分可以下结论了。我们要排除使用化石燃料，原因包括气候变化，安全问题等。图18.9显示我们目前供应的可再生能源和核能来源，它们仅占总量4％。
图18.9 今天英国可再生能源
第一部分主要结论包括2个方面：
1、 为了使可再生能源起作用，规模应覆盖全国。
2、 为了对目前能源消耗有一定贡献，必须使用国家规模。例如，风能，我们需要使用威尔士面积的地方来发展风能。太阳能需要半个威尔士，波浪能量需要500公里海岸线。生物质需要75％国土面积。
3、 制定可再生能力能源计划非常困难。如果我们关心不使用化石燃料，英国必须学会改变。
在第二部分，我将回答我们还有什么选择？
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第二部分
19 每个大帮助
前面分析表明，我们依靠英国可再生能源，目前生活方式是不可持续的，我们还有什么选择，能是我们摆脱依赖化石燃料？我们可以减少需求，或增加供应或同时进行。
没有幻想。为了达到不使用化石燃料目的，减少需求和增加供应必须很大。不要被每一个小的帮助分心。如果每个人做一点，我们只能前进一点。我们必须做很多。在供需方面，我们需要的是大变化。
如果6千万人每人做一点，加起来，不是很多？不，让每个人均很小乘以总人数，使很小数字显得很大。下面是个例子：
移动电话充电器功率使1W，如果每个人使用的充电器，总数2500万个，都及时拔下，一年节省219GWh，相当于66000个家庭一年能耗。
66000？很大数字。关闭充电器！但是，与英国总家庭数字比起来，英国有2500万个家庭，仅占百分之0.25。因此，我认为，应该这样评价：
如果你将手机充电器插在插座上，它将使你一家消耗的能量增加百分之0.25。
要在需求上产生大变化，主要包括以下三个途径：
1、 减少人口
2、 改变我们生活方式
3、 保持生活方式但是提高效率，减少能量
要在 供应上产生大变化，主要包括以下三个途径：
1、 投资清洁煤炭技术。煤炭是化石燃料。但是，请别介意，让我们看看这个主意。如果我们使用可持续，它能提供多少？如果我们不关心可持续，仅关心能源供应安全，煤炭能提供吗？
2、 投资核裂变。目前核技术可持续？能否供应100年？
3、 我们可以从其他国家买、祈求或偷可再生能源。但是，大多数国家和英国在一条船上，没有多余可再生能源。来自其他国家可再生能源不会减少能源设施。如果我们进口可再生能源，减少我们建设的设施规模，其他国家就要增加建设。
下面七章将讨论如何大幅度减少需求。后面将讨论如何大量增加供应。这里主要讨论大幅度变化的主意，不讨论所有好主意。
图 英国能源消耗
解说英国
为了简化我们对需求削减的讨论，我建议使用卡通来介绍英国能源消耗，省略很多细节。能源消耗分三个部分：热能、运输能和电能。每人每天消耗热能是40kWh，现在主要有化石燃料供应。运输能耗也是40kWh，电能是18kWh。电能也基本来自化石燃料。化石燃料转化为电能效率是40％，等于消耗45kWh。这里省略了某些细节，如农业和工业生产，不包括进口货物。三个部分占总能耗一半以上。我们来看看如何减少。
首先我们看运输能耗如何减少？20章讨论交通，21章讨论热能需求；22章讨论电能效率。
供应部分：包括清洁煤炭、核能、其他可再生能源，分别在23、24和25章讨论26章讨论如何对付能源需要核生产过程中的波动。
在讨论这些问题以后，27章和28章讨论如何综合这些选择，知道计划，满足英国运输、取暖核用电需求。
我可以花很多页讨论50件你能做的事来改变，但是我认为，找到三条最大鱼是最有效率的。
对物品如何？根据第一部分，进口物资所包含能量也许是最大鱼。是的，它是房间里的庞然大物。但是我们还是将其放一边，讨论我们能直接控制的对象。
给没有耐心的读者
你渴望知道故事结尾？下面是第二部分总计。
第一：我们使用电动运输系统。电动可使运输系统不使用化石燃料，同时提高系统效率。当然增加了我们对绿色电力需求。
第二：补充太阳能热能，我们使用热泵，效率是电加热4倍以上。同样增加电力需求。
第三：绿色电力来自四个方面：我们的可再生能源、清洁煤炭、核能，以及进口电能。
进口电能中，沙漠太阳能是最可能的选择。通过合作，我们能从其他国家为每人每天进口125kWh 太阳能电能。
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20 更好运输
我们的三分之一能量进入运输系统。技术上能否大幅度削减运输能耗？本章将讨论两个目标：大幅度减少运输系统消耗的能量，消除运输系统使用的化石燃料。
在我们的能耗部分，有3章讨论运输系统，包括汽车（3），飞机（5）和公路货运和海运（15）。运输分货物运输和旅客运输。计量单位分别是吨公里和人公里。如果一辆小汽车载一个人移动100km，则运输量为100人公里。如果载4人移动同样距离，则运输量为400人公里。货物运输量单位是吨公里。我们讨论运输能耗以每人公里消耗kWh和每吨公里消耗kWh。
下面我们开始讨论，如何减少运输能耗，首先看能量如何进入运输系统。下面有三个关键概念，详细讨论参见技术部分A章
1、 在短途运输中（译者注，特别是在城市驾驶），有很多启动和停车。能量主要用于加速。减少能耗的关键策略是减轻重量，增加停车间隙行驶距离。回复刹车能量，从而抓住车子降低速度时能量，此外，还能帮助车子降速。（译者注：能量损失还包括发动机空转，偏离最佳效率点）
2、 长距离运输，速度稳定，汽车和火车的能量消耗主要由空气气旋产生。因为你只需要加速车子一次。关键策略是降低速度、使用长而细车辆（或者说车子采用流线形，降低空气阻力）。
3、 所有运输，都有一个能量转化链。使化学能转化推动车辆前进。这个转化链效率环节多，必然使效率降低。在通常化石燃料驱动汽车，效率仅仅只有25％能量驱动行驶（译者注: 一般认为，当前汽油发动机小汽车的效率仅11－15%, 最新的混合动力小汽车能达到25%左右），75％损失了，变成了废热。所以，还有一个策略是提高能量转化效率。
这些分析使我们设计六种策略，提供运输效率，包括 a 减少每个人所对应的车子前面面积；b减少车子重量；c行驶时，保持匀速，避免刹车；d 行驶速度降低；e减少行驶；f提高运输系统能量转化效率。我们将讨论如何使用这些对策。
如何行驶更好
广泛引用的资料说，小汽车仅使用了1％能量用于驱动汽车运动（译者注：文献表明约10－15%，但是我们还可以减小汽车阻力，从而降低能耗），这是否表明，我们能提高汽车效率100倍。答案是是，但是我们必须应用车辆设计原理，将其做到极至。
一个极端车辆设计是环保汽车，有很小的前端和很轻的重量。移动速度低而稳定，时速每小时24公里时，行驶2184英里消耗1加仑汽油，等于每百公里1.3kWh。重50公斤，高度低于交通标志（图中红白），只能容一个驾驶员。
图20.2 生态小汽车，能耗是每公里0.013kWh
图20.3 婴儿车
嗯，我认为如果我们行驶的汽车能从当前使用的，如图2.2，美观，舒适和高性能的小汽车转到生态汽车，保持车上车速低于每小时24公里，那么，使私人小汽车提高效率100倍，不是一个无法达到的神话。我们将讨论如何提高小汽车效率，但我们首先来看增加汽车效率的几个基本原理。
图20.3时一个载多个婴儿的小汽车。它的效率是普通小汽车25倍。与环保汽车效率相同，类似自行车的性能。速度也相同，质量低于环保汽车，使用人力代替燃料和发动机。前面设计面积大，不及环保汽车，因为骑车者没有流线。
图20.4 电车
图20.4是取代汽车的另一种方案，电车，能耗是100人公里1.6kWh。与环保汽车和自行车相比，速度较高，保持标准速度。由于载人多，保持了很低的前面面积。环保汽车和自行车前面面积是每人0.8和0.5平方米，而伦敦剑桥电动班车前面面积是0.02平方米。
但是，哎呀，我们讲的是一个丑陋的题目，让我们与许多”可怕的乘客”同乘一辆车。是的，让我们想想，从个人小汽车转到高效的城市公共交通，可以减少多少能耗？
图20.5 公共交通工具
下面我们将要讨论公共交通。
公共交通
公共交通效率比私人小汽车高得多。一辆柴油客车，可载49人，速度每小时65英里，每加仑柴油可行驶10公里。等于每100人公里使用6kWh。比私人小汽车好13倍。温哥华有轨电车每车公里能耗是270kWh，平均速度是15km/h。如果电车载克40人，每100人公里是7kWh。温哥华海上公共运输船，时速13.5公里，每公里消耗83kWh，如果能载400人，则满载时每100人公里21kWh。伦敦地铁载高峰时能耗时每100人公里是4.4kWh，比私人汽车好18倍。甚至高速火车，它违反了我们的一个原则（指低速原则），使用能量也很少。 满载时，电动高速火车时每100人公里3kWh，比小汽车好27倍。
然而，我们必须面对现实。火车、客车和公共汽车常常不满员。这时能耗就比最佳情况多。那么平均能耗是多少？
2006－2007年，伦敦地铁能耗，包括地下照明，电梯、仓库和商店等，为100人公里15kWh。比小汽车好5倍。2006－2007年，英国伦敦公共汽车能耗是每100人公里为32kWh。能源成本不是唯一方面。旅客关心速度。地铁平均速度为33km/h，大于公共汽车18km/h。管理处关心财务：工人成本、每人公里成本、地铁同样低于公共汽车。
Croydon电车系统总能耗，2006－2007年是每100人公里9kWh。平均速度25km/h。
公共交通表现如何？表20.8是日本交通能耗。我们可以从中了解大概情况。
车 能耗（kWh/(100人公里)
小汽车 68
公共汽车 19
有轨电车 6
飞机 51
海轮 57
公共汽车是19kWh，有轨电车是6kWh每100人公里（电车消耗的电能，与燃料之间有1：3折算关系，实际与公共汽车能耗类似）。有轨电车有明显优势，能够实现两个目标，减少能耗，不使用化石燃料（如果发电不使用化石燃料，译者注）。公共汽车和大客车灵活简单，但是，如何实现不使用化石燃料，还面临挑战（使用氢气作燃料的高效燃料电池做动力是西方国家正在试验的方案，译者注）。
总结以上分析，公共交通，包括有轨电车、电车和公共汽车是提高旅客交通效率的良好办法。通常效率提供5－10倍以上。但是，如果人们需要私人汽车，我们如何选择？
图20.9 英国汽车销售数量和碳排放量
私人汽车：技术、法律和手段
我们也能降低私人汽车能耗。广泛的能量效率范围证明了这一点。2006生产的本田Civic1.4汽车能耗是每100km44kWh，而本田NSX3.2能耗则为116kWh。 这样大变化范围表明，我们需要法律和刺激手段鼓励消费者选择高效汽车。用各种方法，使消费者选择本田Civic。升高燃料价格，增加高油耗汽车税，给经济车优先提供停车点，或燃料分级。最简单的是强调汽车效率，禁止低效汽车销售，规定从某天开始，要求每100公里消耗能量小于80kWh，此后，过一段时间，改为60kWh，再过一段时间，改为40kWh。这样做，也给消费者提供多种选择。法律可以强制制造商降低能耗。限制重量和车前面积，可以降低能耗，改善安全性能，让人们选择不同汽车，主要考虑样式。使用限制效率的法律，人们仍然可以选择样式。就象人们可以选择任何颜色。
在我们等待选民和政治家制定法律，改善汽车效率时，我们还有什么选择。
图 20.12 荷兰自行车道
自行车
我最喜欢的建议是使用自行车。图20.12显示在荷兰某地（Enschede）的自行车道。道路有两个部分，其中一个是自行车道。在法国里昂，2005年引入公共自行车网络。里昂人口47万，服务自行车2000辆，分布175个站，占地面积50平方公里。在市政协，有400米自行车站。使用者每年交10欧分，免费雇用自行车，免费骑30分钟。长途旅行，每小时1欧分。短期旅客租用，每周1欧元。
其他法律机会
限制速度是一件很简单的时期。第一条规则是低速行驶减少能耗。在实际驾驶时，驾驶员可以进一步减少油耗：减少使用加速和刹车，尽量使用最高档，可以减少耗油20%。
另外一个降低油耗的方法是减少塞车。停车，启动，加速，减速比正常加速效率低。停车时，发动机空转是不行驶而耗油！
路上车辆多时，容易塞车。所以，一个简单的方法是让多人乘一辆车。改用大客车可以大幅度减少塞车。我们可以简单计算大客车代替私人小汽车，减少塞车情况：假设车速都是60mph（每小时约97公里），两辆小汽车之间的安全距离是77米，按80米计算，平均每辆车载客1.6人，改用载客40人的大客车，可以腾出2公里公路。
使用替代交通（如公共交通）可以减少塞车。如果一辆车增加了塞车，可以通过收费来减少小汽车行驶数量，附录里，我阐述了一个处理塞车收费简单的方法。
改进汽车
假如发达国家老百姓就是要使用汽车，我们如何改进汽车效率？减少10－20％很容易，我们已经讨论了一些方案，如使汽车更小，更轻。另外一种是使用柴油代替汽油。柴油发动机比较贵，但效率较高。是否还有其他提供效率办法（先前介绍，现有轿车的效率不到25%）？燃料效率目标是什么？
下面我们讨论5种技术，包括回收刹车能量，混合动力汽车，电动汽车，氢能汽车和压缩空气汽车。
图20.17 改装Artemis智能动力的宝马530i汽车，使用数字液压装置。左下：6升压缩罐（红色）能将0.05kWh能量储存到压缩氮气中。右下：2个200kW电机，对应两个后车轮加速或减速汽车。汽车使用190kW汽油发动机，由于使用数字液压装置回收能量，减少油耗30%。
回收刹车能量
有四种方法获得汽车减速能量
1、 使用发电机耦合到车轮上，利用减速能量发电给电池或超级电热器充电。
2、 使用压缩电机，有车轮驱动，产生压缩空气，储存在小罐中
3、 将能量储存在飞轮上。
4、 机车下坡减速时将重力势能储存起来，储存方式很灵活。铁路运输可以充分利用。例如，论点地铁线在坡顶上有个车站，每次车子到站前自动减速，而出发时自动假设，节省能耗5%，增加速度9%。
使用电子回收刹车能量，可回收刹车时能量50％，从而减少城市行驶能耗20％。 使用飞轮和液压机构，可以回收70％能量。图20.17是一个使用汽油发动机和计算机控制的液压装置，在标准驾驶循环中（汽车测试规定的驾驶线路），这辆汽车比普通汽车减少30%油耗。在城市行驶时，它的能耗降低一半，从100公里131kWh降低到62kWh（20到43mpg）（性能改善来自混合动力技术和回收刹车能量技术）液压和飞轮是两种有发展前途的回收刹车能量的技术，系统小，而能量大。重24公斤飞轮，用于汽车，可储存400kJ（0.1kWh）能量，足够将汽车加速到97公里/小时；它可以处理60kW功率负荷。电池可以储存更多能量，但是重量增加到200公斤左右。除非你想用电池储存更多能量，通常电子回收刹车系统用电容器储能。超级电容器储能密度和功率负荷特性类似飞轮。
混合动力汽车
图20.19 丰田普瑞斯
混合动力汽车，如丰田普瑞斯（图20.19）有高效发动机和电子回收刹车能量系统，但是，今天的混合动力汽车并没有鹤立鸡群。
图20.9中，有两种混合动力汽车较好。英国新车每公里平均释放二氧化碳168克，而丰田普瑞斯混合动力汽车释放100克，这与大众波罗99克相近，比不上精灵小汽车，每公里仅释放88克二氧化碳。
丰田雷克萨斯RX400h汽车是第二辆混合动力汽车，广告号称“低污染，零后悔”，但是，它释放二氧化碳量是每公里192克，比英国平均水平还低。广告管理部裁定，这个广告违反了广告在环保性能比较方面应诚实的要求。“我们认为，读者为倾向认为，该汽车对环境无害或危害很小，这偏离实际情况，与其它低排放汽车比较，不符合实际”
实际混合动力汽车可降低油耗20－30%。但是，这两种混合动力汽车并没有解决运输问题。节油30%是一项巨大的进步，但是，它还达不到本书的标准。我们在开篇假设降低90%化石燃料用量。是否必须转到自行车，才能达到？
印度REVA电动汽车2001年6月在班加罗尔上市，出口到英国改名叫G-Wiz。G-Wiz电动汽车的电机最大功率是13kW，连续行驶的功率是4.8kW。 可再生刹车能量。使用8个6伏铅酸电池，充满电，最多可行驶77公里。充满电需要消耗9.7kWh电。这些数字说明能耗是每公里0.13kWh。
图20.21 行驶距离与充电能量关系
制造商常常引用最好的性能数字。实际驾驶如何？在英国伦敦，测试结果如图20.21 充电19次，平均行驶能耗是每公里0.21kWh，仅是普通汽车1/4。如果你对碳排放感兴趣，则该车排放量等于每公里105克。这里使用每千瓦电释放500克二氧化碳。
但是，G-Wiz的性能很差。如果我们提高加速性能，增加车速和行驶距离，结果如何？特斯拉跑车处于性能的另一个极端。充电一次，行驶距离达到220英里（等于354公里），使用储存53kWh能量的锂电池，重450公斤（0.12kWh/kg）。车中1220公斤，最大功率185kW。这辆强劲有力的汽车的能耗如何？它比G-Wiz还好，仅每公里0.15kWh。行驶距离达到354公里，满足绝大多数人需要。据统计，只有8.3%的人在上下班时，行驶距离超过30公里。
我看了本章附录中不同客运交通工具的性能，其中有电动汽车数据，平均大约是每公里0.15kWh。这比我们比较的汽车好5倍。因此，即使我们需要降低能耗，我们也不必绑在公共交通上。我们还能使用电动汽车，获得高速，独享自由。
图20.23 不同客运交通能耗
纵坐标是能耗（每100公里kWh），横坐标是行驶速度。Car（1）是英国汽车平均值33英里/加，bus 是应伦敦所有公共汽车平均性能，undergroud system是伦敦地铁系统平均性能，catamaran是柴油驱动船，左边还给出单位是（每英制加仑 人英里）数据。实点代表实际情况下的典型值，而虚点代表满载情况下的数据。
本章最终结果是图20.23，显示了各种交通工具的载客能耗。到此为止，比赛结束，我宣布获胜者有两个，分别是公共交通和电动汽车。但是，我们还应当看看，冲过终点线的还有那些？我们还听说过压缩空气汽车和氢能汽车。不过这两种汽车是否变得比电动汽车更好，我们都必须在未来做到，使用绿色能源。
压缩空气汽车
图20.24 上：使用煤炭做燃料的压缩空气有轨公共汽车，满载耗煤每公里4.4公斤（36kWh），等于每人公里耗能是1.15kWh. 下：压缩空气火车，重9.2吨，压缩空气压力175大气压，功率26kW
压缩空气驱动汽车不是一个新主意。1879－1911年，在法国巴黎和南特大街上行驶的压缩空气推动的有轨公共汽车有几百辆。图20.24还显示了一辆德国1958年压缩空气驱动的火车。我认为，从储能能量效率来看，压缩空气技术比不上电池。问题是，压缩空气会产生热，从而降低效率，而高压空气碰撞，释放能量时制冷，效率不高。但它在其它方面胜过电池。例如，空气压缩几千次也不会损耗。有趣的是，压缩空气汽车公司销售的第一款产品是电动摩托车[www.theaircar.com/acf]。
据说印度塔塔公司销售空气压缩汽车，但是，我们很难知道，压缩空气汽车是否能重新火起来，因为没有人报道过这种汽车的性能。主要限制包括：压缩空气的能量密度仅每公斤11－28Wh，比锂电池小5倍（参见图26.13）。因此，压缩空气汽车的行驶距离仅能赶上早期电动汽车。主要优势包括，寿命长，称霸低，没有有害的化学品。
氢能汽车
我认为氢能汽车是令人兴奋的花车。如果证明我错了，我会很高兴，但我看不到氢能帮助解决能源问题的途径。氢不是令人惊奇的能源，它仅仅是能源载体，就象可充电电池。但是，它的效率很差，实际应用时，还有很多缺点。
加利福尼亚州长施瓦辛格为氢能汽车Hummer加注燃料。自然杂志专栏赞扬支持氢能经济。自然杂志为州长支持用氢能汽车取代污染汽车而欢呼，称之为“应对气候变化的英雄州长“。但是，我们需要回答的关键问题是”我们用什么能源来生产氢气？“。当前的技术下，我们将能源转化为氢气并不高效。下面是相关数字：
在欧洲清洁城市交通项目试验的使用氢能燃料电池的公共汽车的能耗比柴油公共汽车多耗80－200%的能量。
宝马汽车公司生产的Hydrogen7氢能汽车能耗是每公里2.54kWh，比欧洲汽车平均值高220%。
如果我们的任务是停止使用化石燃料，有无限多绿色电能，那么，耗能很多的方案，如氢能汽车也是有力的竞争技术（虽然还面临很多其它问题）。但是，绿色电能不是免费的。在当前使用数量下，供应足够的绿色电能是个巨大挑战。化石燃料挑战是个能源挑战。气候变化问题是能源问题。我们的解决方案英国使用较少的能量，而不是使用更多的能量。我知道，陆地交通中，没有比氢能汽车能耗更高的技术了。比氢能汽车差的是柴油机驱动船Earthrace号，号称生态船，能耗是每公里8kWh及喷气机船，能耗是每公里5kWh。
氢能鼓吹者说，宝马氢7仅是早期原型，而且是大马力豪华车。氢技术会变得高效。是的，我希望如此，因为我们还有很多工作要做。但是，特斯拉跑车也是一款早期原型车，也是大马力豪华车。它的效率是氢7汽车的10倍！你有权选择购买氢能汽车，如果它赢了，那很好。看图20.23，氢能汽车的性能如此之差，在图上已经表示不出来了。
是的，本田燃料电池汽车FCX Clarity做到较好，能耗是每公里0.69kWh，但是，我预测，当零排放的优势结束了，我们就会发现，氢能汽车的能耗仅仅相当与今天的普通汽车。
下面是氢能汽车的一些问题。氢的储存性能比不上其它液体燃料，因为不管以高压气体储存，还是液体储存（需要冷却到零下253度），体积大，即使加压到700个大气压（这需要沉重的高压罐），它的能量密度（以单位体积的能量来计算）仅是汽油的22%。宝马氢7汽车的低温灌，重120公斤，仅能装8公斤氢。氢在罐中会逐渐漏出，如果你给汽车加满氢，停在火车站一周，等你回来是，氢基本上都跑光了。
关于电动汽车的几个问题
虽然你显示电动汽车比化石燃料汽车效率高，但是，如果我们的目标是减少二氧化碳排放，而电是有化石燃料产生的，它们哪一个更好？
一个简单计算。假设电动汽车能耗是每公里0.2kWh，生产的电输送到用户手里，每度电排放500克二氧化碳，等于汽车每公里排放100克二氧化碳。这同最好的化石燃料汽车相同。所以，我认为，选择电能汽车是个好主意，即使没有绿色电能。
电动汽车同化石燃料汽车一样，都有制造和使用成本。电能汽车使用成本低，但是，如果电池寿命短，我们是否应该关注其制造成本？
是的，那是一个关键。我的图仅仅显示了使用成本。如果电动汽车需要每隔几年就换一次电池，我对成本的估算就偏低了。普瑞斯汽车的电池寿命预期是10年，一套新的价值3500英镑。是否会有人想在10年后换电池，用一个很旧的汽车？预测大多数普瑞斯车没到10年就被废弃了。对所有装有电池的电动车来说，都是一个令人关心的问题。我猜我是一个乐观者，我们转向电动汽车以后，电池技术还会不断改进。
我居住在热带地区，我需要一个大马力的空调汽车，我能开电动汽车吗？
有一个解决方案，在车顶上装一个4平米的光伏电池。如果需要空调，阳光必然充足。20%效率的电池板，可以提供800W电能，足够驱动汽车空调。电池板还能在停车时为电池充电。1993年马自达汽车就包括了一款太阳能驱动制冷系统，电池嵌入玻璃太阳顶内。
我住在寒冷地区，我需要加热空调，我能开电动汽车吗？
电动汽车行驶是，平均功率是大约10kW，效率90－95%，损失部分5－10%都变成热，如果设计好，可以收集这部分能量，约250－500W，用于汽车内部增温。这部分能量能够提供有意义的贡献。
汽车车祸时，锂电池安全吗？
以前的锂电池在短路火过热时会不安全，但是，现在电池工业已经制造了安全的电池，如磷酸锂电池，参见一个有趣的安全录像 www.valence.comm。
有足够数量锂来生产电池，从而生产海量汽车？
世界上锂的矿物储量是950万吨。锂电池中，锂占重量3%。如果我们假设每辆电动汽车电池重量是200公斤，每辆车就是6公斤。锂储量可以制造16亿辆汽车。比目前汽车总量10亿多。但不是多很多，所以我们需要关心锂电池数量，特别是考虑到核聚变发达还需要消耗锂。但在海水中，还有上千倍锂，海洋会提供足够数量。锂专家R. Keith Evans说，；与电动汽车相关的锂的供应不成问题。不管怎么说，人们还在其它不用锂的电池技术，如锌空气可充电电池。我认为电动汽车是好的选择。
未来飞行？
据说空中客车A380是一架低油耗飞机，事实上，它比747飞机的油耗只低12%（按每个旅客计算）。波音公司宣布了类似的突破，新的747－8越洋飞机，比747－400省15%。
这种缓慢的技术进步（对吧汽车100%甚至10倍进步），其原因见技术部分第C章。根据物理定律，飞机主要消耗能量用于维持在空中。不管什么飞机，不管其大小都必须消耗每吨公里0.4kWh能量，用于飞行。飞机已经非常好地优化了。在效率方面，飞机改进余地很小了。我一度想，长途越洋旅行应换成客轮。我看了一下数字，海轮使用的能量比喷气客机还多。QE2的能耗是飞机4倍。这是一艘豪华邮轮，如果我们选择速度慢的客轮，会好一些吗？从1952年到1968年，穿越大西洋的最经济旅行方式是荷兰制造的客轮，号称经济双子号：Maasdam和Rijnsdam。速度是16.5节（＝30.5公里/小时），从英国到纽约需要8天。满载是893人，能耗是每人公里1kWh，比飞机多一倍。公平地说，船不仅是交通公斤，而且给每个旅客提供空调，热水，灯光，以及娱乐活动数天。虽然船行驶能耗降低，但是，船上活动消耗能量很大，QE2号船消耗的能量是每人每天3000kWh。
所以，我们可悲地看到，使用船来替代飞机是不可行的。如果我们在长途越洋旅行中，最终不使用化石燃料，可能的选择是核动力船。
货运如何？
越洋轮船的效率已经经过很好优化，非常高效。因此，在公里运输中减少化石燃料是优先方案。由于化石燃料是有限的，最终船只需要使用其它能源。生物燃料是替代者。另外一个选择是核能。第一艘核动力客船是1962年首航的NS Savannah号，艾森豪威尔总统启动的原子能和平利用项目推动的。动力是74MW核反应堆驱动15MW电机，航速是21节（39公里/小时），可在60人和14000吨货物。等于能耗是每吨公里0.14kWh。它可以一次加燃料，行驶50万公里。现在有很多核动力船，包括军用和民用。俄罗斯有10艘核动力破冰船，其中七艘在服役。图20.32是一艘核动力破冰船Yamal号，有两个171MW核反应堆，电机功率是55MW。
打住，你没有提到磁悬浮列车
德国公司推出的Transrapid磁悬浮列车在中国上海建成，号称在噪声，能耗和用地方面拥有无与伦比的优势，创新的非接触运输，对环境影响降低到最低。
磁悬浮是众多技术中，让人们在讨论能源问题时，感到兴奋的技术。根据能耗，同其它火车相比，磁悬浮表现很一般。同高速电动火车城市快车相比，能耗仅略好，参见下表
速度为200公里/h
磁悬浮 0.022kWh/seat/km
城市快车 0.029kWh/sear/km
能耗略低的主要原因是磁悬浮列车的电机效率高；列车重量低，因为驱动系统大部分在轨道上。由于减少了电机使用的空间，可以载更多旅客。还有一个原因是，这个数据来自德国的磁悬浮公司，当然显得比较好了。
看过在上海运行的磁悬浮列车的人告诉我，它象喷气飞机一样安静（译者注：意思噪声很大）。
作者关于电动汽车和燃料电池汽车的对比有问题的，译者这里简要作对比。
（1）关于效率，不能仅计算充电到使用的效率，还应当考虑生产电的效率和输送电的效率。发达国家平均煤炭发电效率约30%，输电效率92%。而电动汽车效率，现阶段约65%，今后可改进到70%左右。主要限制电动汽车效率的是环节多，包括整流期/逆变器（交流电变直流电） 85－90%，电池充电和放电效率分别约92（快速充电时会降低到90%以下）和90%，电机平均效率90%，传动部分效率90%左右，每个部分虽然效率高，但是总效率是各部分效率的乘积，就变成了约65%，而不是作者所说90%. 今后以木质纤维素生物质来发电，总效率仅20%左右。木质纤维素包括树，草和秸秆，是最丰富的生物质资源，也是唯一能够替代足够多化石燃料生产车用燃料的原料。
汽车行驶能耗不仅与效率相关，而且与阻力相关，阻力与车子重量和体积相关，还与车子外形结果所决定的风阻相关。作者根据小型2座跑车与普通4座汽车FCX能耗，是无法比较两种汽车效率，因为2座跑车重量体积都小得多，而且风阻较小。另外，FCX氢能汽车的燃料经济性是60英里/公斤氢（参见http://www.fueleconomy.gov/feg/fcv_sbs.shtml），它等于能耗是0.35kWh/公里（=1/60*120/1.61/3.6, 氢能量是120MJ/kg）。而氢燃料汽车的效率是45%左右。虽比不上电动汽车，也不象作者那么夸张的差距。考虑到从生物质生产氢气约55%效率，氢运输效率82%，总效率约20%，反而优于电动汽车。
长远来说，情况可能又不同了。最新的燃料汽车技术是从生物质中分离碳水化合物，效率约60%（木质纤维素中含碳水化合物约65%）然后在车上安装酶催化转化生产氢的重整器，得到纯氢，效率达到110%以上（这个反应是吸热反应，反应温度温和，从而使生产的氢的能量大于原料），而且运输能耗低于2%，从而使效率达到约26.5%。而今后发展高效率燃料电池发电技术，将发电效率提高到40%，则电动汽车方案可以达到近28%。
不管怎么说。燃料汽车路线和电动汽车路线在效率方面没有多大差别。但燃料汽车和电动汽车都比目前的汽车效率高得多（12%左右），目前的问题是，它们还太贵，而汽油还太便宜，大家换这两种车，支出还是多于普通汽车。顺便说一句，个人估计，石油价格长期高于每桶80－100美元的时候，估计这两种车的市场就会增大很多。这不会很久了。
（2） 其它方面
电动汽车的电池储能密度低，锂电池仅0.15kWh/kg左右，这使电动汽车行驶距离短，一般仅200公里左右。同时，电动汽车加注燃料，或者说充电，速度慢。现在有声称15分钟充电50%，但是，这时充电电流大。例如，特斯拉跑车的电池容量是53kWh，如果15分钟充好50%，充电电流密度需要达到53*1000*0.5/220/0.25=480A, 这比国内普通民用住宅的电路承载能力大10-20倍左右。如果设置充电站，众多车辆一起充电，其对电网的要求很高，对电路也有很多特殊的设计。此外电池价格高，导致车子价格高。因此，这种车子可能有市场，不可能成为主流。 而未来使用碳水化合物的燃料电池汽车方案，能很好解决这个问题。碳水化合物可通过草，秸秆和树木来生产，储能密度约5kWh/kg，与现有燃料加注系统类似。
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21 聪明的取暖
图21.1 1940年建造的我的家
上一章我们讨论了电动车能够在目前水平上降低能耗至五分之一（译者注，应该是降低约50－70%，也就是降低到目前三分之一水平）。使用公共交通工具，可降低能耗40倍（译者注，这个结果说明我国今后城市交通的发展方向应该是公共交通，类似日本）。那么，取暖如何？技术或生活方式转变能提供何种节能方案？
室内取暖能耗计算可用下式计算：
能耗＝室内外温差*房屋泄露率/加热系统效率
详细讨论参见第E章，现在举例来说明，如图21.1是1940年建造的我的家。室内外温差由室内温度控制器来决定。如果设置到20度，平均温差约9度。房屋泄露率表示了热量通过墙，窗户，裂缝，门等散失的速率，又叫热损系数。测量单位是每天kWh/度。在第E章，我估算2006年，我的房屋热损系数是7.7kWh/天/度。因此，平均温差*热损系数就是房屋通过热传导等损失的能量，例如，按照上述热损系数7.7kWh/天/度，我们得到我的房屋损失热量速度是
9度*7.7kWh/天/度＝70 kWh/天
我们用这个数据除以加热系统效率就得到能耗。我的房屋使用压缩天然气锅炉，热效率是90%，于是我们发现：
能耗＝9(度)*7.7(kWh/天/度)/90%=77 kWh/天.
这个数据比第7章估计数据大。 主要原因是，第一，这个式子假定热量都来自锅炉，实际还有其它来源，如太阳能，小电器散发的废热。第二，在第7章，我们假定人们只是保持2个房间温度在20度，这里我们假设所有房间，所有时候都一直保持20度。
下面我们讨论如何降低取暖能耗？主要有3种方法。
1、 减少温差。调低控温器温度就是一个办法
2、 减少房屋热损。主要通过增加建筑物绝热：考虑三重玻璃，减少换气，顶层阁楼上加绝热材料，或者更换更好的绝热材料，或换较小住房。（房屋热损与房屋面积同步增加）
3、 增加加热系统效率。也许你认为，90%已经很高了，很难再改进了，但是，实际上我们可以做得更好。
图21.2 12个房屋的能耗，面积86平米，热损系数是2.7kWh/天/度
制冷技术：温度控制器
调低温度控制器温度，你就可以使用较少的能量。象变魔术一样。在英国，每降低一度，可以减少能耗10%。从20度降低到15度，将减少能耗一半。感谢房屋偶尔会获得能量，其提供的能量有时会大于热损。
不幸的是，这个好用的节能技术也有缺点。有人对降低温度没有多少感觉。下面简要证明，最重要的聪明点是居住在房屋的主人。图21.2是一项研究资料，监测了12个房屋的能耗。它使我们关注第一个家庭，他的能耗是第12号家庭能耗的2倍。然而，我们还应注意，他的能耗是43kWh/天，此前我们还估算过我的房屋取暖能耗，那个数字竟然比这个还大？实际上，从1993到2003年，我的房屋取暖能耗比43kWh/天略大（参见图7.10）。我想我是一个节俭的人，问题是房子。所有在该项研究中的房屋的热损是2.7kWh/天/度，而我的房子的热损是7.7kWh/天/度。
战胜泄露
除掉使用推土机推倒重来，我们还能做什么？图21.3列出了老式孤立房屋，半孤立房屋和有阳台房屋的措施及热损。增加顶楼绝缘或墙壁绝缘，减少热损25%，感谢外来热量，这使我们减少40%能量消耗。下面看看实测结果。
图21.3老式孤立房屋，半孤立房屋和有阳台房屋的措施及热损
图21.4 我的房屋从93－2004年的能耗
实例
我在第53页介绍了我的房屋，2004年我安装了一个锅炉，取代了老式天然气锅炉。同时我除去了热水罐，每个房间安装温度控制器，在锅炉上加装了加热控制器，可以设置每天目标温度。我的能耗从每天50降低到32kWh。
对这个结果，我很满意。但是，这还不够，如果目标是降低二氧化碳排放量到每年1吨，而32kWh/天对应的排放超过每年2吨。
2007年，我关注了能源消耗表。我在墙壁上安装了绝热材料，改善了屋顶绝热性能。将单层玻璃后门该成双层玻璃后门。前面增加了一个双层玻璃门。最重要的是，我关注了温度控制，从而降低了燃气消耗。最近一年，我的能耗是13kWh/天。
优于这个实例包括了很多不同措施，我们很难估计那个最重要。按照我的计算（第E章），通过增加绝热材料，减少泄露25%，从7.7kWh/天/度降低到5.8kWh/天/度，这仍然大于任何现代房屋。降低旧房屋热损是非常困难的。
我的体会是加装温度控制。将温度控制到多少比较合适？现在很多人倾向于设置到17度。但是，1970年伦敦房屋室内平均温度是13度。人们感觉是否足够暖取决于他们正在做什么，以及过去一小时做过什么等。我建议，不要仅仅想着如何设置温度控制器，可以先将温度控制在一个比较低的温度，如13或15度，然后，如果你感到冷，就临时增加温度。这象图书馆的灯，如果你问，需要将灯光亮度调到多大，你会回答，能够读书就够了。你会将灯光一直设置在那个水平。但是，问题是，你不用一直将灯光设置在那个水平，我们可以让读者来时打开灯，走时关上灯。类似地，我们也不需要将温度一直设置在20度。
在结束温度控制部分钱，我还需要提到空调。夏天很多空调温度控制到18度，常常使人感到发疯。那些疯子管理员倾向于认为喜欢比冬天还低的温度。在日本，政府推荐空调温度设置到28度。
更好的房屋
如果你新建房屋，有很多中途径保证，能耗比老房子低。图21.2显示，现代房屋建设使用比1940年代更好的绝热材料。但是，根据第E章讨论，英国在房屋建设标准方面还可以做得更好。取得最好效果的三个关键因素是，第一，在地板，屋顶和墙壁上使用更好的绝热材料。第二保证房屋很好地密封，使用有热交换装置的换气管道更新空气，除去室内潮湿空气。第三，改善设计，尽可能利用太阳能。
制热耗能
到目前为止，本章讨论了温度控制和热损。下面我们讨论等式的第三个因子。
能耗＝室内外温差*房屋泄露率/加热系统效率
如何有效地获得热能？我们是否获得便宜的热能？今天，在英国，室内取暖主要燃烧化石燃料天然气加热锅炉，热效率78－90%。我们是否能够摆脱化石燃料，同时提高效率？
热电联供是解决英国热能供应问题的一项技术，还有类似的微型热电联供。我将简单解释热电联供，但是，我的结论是，这是一个坏主意。因为还有更好的技术，叫热泵。我将详细介绍它。
图21.8 发电站工作原理
热电联供
一般认为，大型集中式发电站是没有效率的，因为热能从烟囱和冷却塔中跑走了。更复杂的观点是，将热能变成电，我们不可避免地将废热排放到低温处。如图21.8是发电站工作原理，必须有一个低温处。很自然地，人们就想，能否将我们的房屋作为发电系统的低温处，用来接受废热，从而利用废热取暖。这就是热电联产。它在欧洲已经广泛应用几十年，在很多城市，一个大型发电厂就会带一套本地区供热系统。而小型或微型热电联供则建议在一座或几座建筑物内设置一套热电联供系统，象建筑物内供电和热，同时输出一些电能到电网。
区域热电联供，对英国来说是一种倒退，主要问题是缺乏数字分析，包括两个问题：第一，当比较不同方案的耗能时，不恰当地使用了效率，就是说，将电和热等价看待了。而实际上，电能比热能价值高很多。第二，传统认为，从发电厂取走废热，不会损害发电能力。这也是不正确的。数字显示，取走用于供热的热能常使发电量下降。热电联产带来的效益常常比人们相信的要少得多。
还有一个导致热电联供迅速增长的神话是，分散技术是绿色的，而大型电厂是坏东西。如果真是这样，则我们从数字上应该能看到。大型发电厂在经济上和能源效率上常常占据优势，只有在大型建筑物，分散技术才会显示优势，而且收益仅10－20%。
政府计划到2010年增加10GW（等于一千万千瓦），但我认为增加燃气热电联供是个错误。它不是绿色，需要使用化石燃料，使我们仍然绑在化石燃料上，无法摆脱。热泵技术较好，我认为，我们应该从热电联供蛙跳到热泵技术上。
图21.10 热泵
热泵
在欧洲大陆，热泵技术广泛应用，但在英国则很少。热泵是反向运转的制冷机。感受一下制冷机背部，它是热的。制冷机将热能从内部取走，送到另一处。因此，如果 反过来运转，从自然界或外界取来热能，供应室内，就能加热室内。这个技术在效率上很有优势，当你从电网中取走一个千瓦的热能，同时热机从外界还取来3千瓦热能，从而得到4千瓦热能。因此，热泵的效率是电炉的4倍，如果电炉效率是100%，则热泵效率是400%。通常将热泵效率称为性能系数cop。如果热泵效率是400%，则COP是4.
热泵有多种运行方式。可以通过热交换器从空气中获得热能，叫空气热泵，也可以从地下获得热能，叫地源热泵。可以反过来运转，从室内空气取走热能，从而称为制冷空调。许多空调就是热泵工作在这种模式下，成为空调。地源热泵同样可以制冷，因此，一套设施可以同时用于夏天制冷，冬天取暖。
人们常说，地源热泵使用了地下能源，这不正确。第16章将介绍地热能，能量密度很低，仅50毫瓦/平米。热泵能量密度大得多，它们没有起多大作用。热泵仅仅将地下作为废热排放处，或从中取走热。当温度低取走热能，是由太阳能来补充。
本章留下了两件事，我们需要比较热泵和热电联产，我们需要讨论地源热泵的限制。
比较热泵和热电联产
人们常认为，让发电废热从烟囱中白白流失，不与用来加热房间，用于取暖。 然而，仔细检查热电联产系统性能数据，我的结论是，有更好方法获得电能和取暖热能。我使用三个步骤来画一个图，图上显示，从化学能能获得多少电能或热能。横左边是电效率，纵坐标是热效率。
没有热电联产的标准解决方案
图
第一步，我们使用电站和加热系统，获得电能或热能。
锅炉（图中左上A）的效率是90%，另外10%从烟囱流失了。英国天然气电站的发电效率是49%，如果想同时获得电能和热能，可以燃烧部分气体。这样我们使用两台设备分别产热和电，就会得到AB连线上任一点的两种效率。图中还显示了老式系统两种设施效率都较低，分别为79%和37%。
热电联产
限制我们加上热电联产系统到图上，这些系统同时获得热和电。每个实心点代表不同类型安装在英国的系统平均性能。中空表CT显示的是理想的热电联产系统，标注Nimbus是厂家数据，标注ct则是两国实际系统（自由人医院和伊丽莎白房子）。
在此图上，我们可以清楚地看到，热电联产系统发电效率明显低于天然气发电系统49%效率。因此，热不是免费使用的。增加热能供应将降低发电量。
通常人们常常将两种效率加起来，得到一个总效率，例如，发电效率10%，产热效率66%，则总效率76%。我认为，这误导了系统性能。根据这种指标，锅炉效率90%，是最有效率的热电联产系统，事实上，电能比热能价值高得多。
图中许多热电联产点比老式标准系统效率高，理想的热电联产系统也比现在的标准系统略好。但是，我们还要记得，它还有一些缺点，它只能将热传输到特定的供热系统，而单独锅炉供热可以安装到任何地点。热电联产系统在灵活性方面缺点很明显：这导致大多数时候，例如，供热过多，通常一个房间需要的热能是不断变化的，导致系统效率下降。另一个问题是，它们向电网供电的质量差，会导致电网不稳。
最后，我们来讨论热泵，使用电网中电来加热房间。
两条陡的绿线代表了制冷性能系数是3和4时，电能输送损失8%情况下，使用热泵来供热的发电和供热效率。目前最好的天然气发电站的效率是53%，假设它工作在最佳状态，得到的直线也在图上。未来热泵性能会进一步提供，日本通过法律强制改进效率，热泵性能系数已经达到4.9。
请注意，热泵使系统性能超过100%。例如，最好的天然气发电站输出电路到用户，使用热泵可以得到30%电能效率和80%热效率，总效率110%。没有任何热电联产能够达到这个效率。
结论是，在使用高效天然气发电情况下，热能效率超过锅炉。如果你想使用天然气来给建筑物供暖，安装最好的锅炉，效率是90%，如果你让发电站发电，安装电驱动的热泵，可以获得的效率是140－185%。我们不需要在花园挖洞，安装地板加热系统。最好的空气热泵能将热水输送到散热器上，获得性能系数3.图21.11是热泵将热空气输送到办公室。
因此，我认为热电联产听起来是个好注意，但他不是最好的解决建筑物取暖问题的最佳办法。比不上热泵技术。热泵的优点包括，可以安装到任何一个有电供应的建筑物，它们运行很灵活，适合个人使用需要。
我这里强调，热电联产并非总是坏主意。这里所说的建筑物供暖，需要的热能质量非常低（就是低温）。而热电联产能供应高质量的热能给工业用户。例如200度蒸汽。在这种情况下，使用热泵，其性能系数就会大幅度下降（与加热温度相关），从而不是一个好的选择。
热泵增长的限制因素
通常地下数米深处的温度接近11度，不管是夏天，还是冬天。冬天气温常常比此低10－15度。因此，热泵拥护者建议尽量使用地源热泵，因为温差大，使效率下降。
但是，地下不是没有限制的热源。热是来自其它地方，而大地不是良好的导热体。如果我们从地下吸热太快，地下会变得冷如冰，地源热泵的优势就消失了。
使用热泵的主要目的是给建筑物加热。最终的热源是太阳，通过直接辐射或空气导热来补充地下热能。热泵从地下吸热速度，必须满载两个限制条件：不能使地下温度下降太多，冬天被热泵吸走的热能，必须能够被夏季的太阳能补充。如果达不到这个要求，则应对在夏季反转运转热泵，也就是给房间制冷，加热地下。
图21.12 热泵安装密度
让我们总结这个讨论中的关键数据，热泵需要多大的地面？假设我们居住在人口密度很高的地区，例如，每平方公里6200人，等于每人160平米。这时英国郊区典型的人口密度。是否每个人都可以使用热泵，而夏季也不存在热能补偿。 第E章计算得到的答案是不行。如果我们每人从地下每天取走48kWh能力，我们将使地下结冰。如果避免这种情况出现，我们必须限制每人使用的热能低于每天12kWh。因此，如果我们使用地源热泵，那么，我们在夏季就必须向地下注入热能。夏季注入可以使用空调或屋顶太阳能。Drake Landing介绍了这个方法，参见 www.dlsc.ca。我们还可以使用部分空气热泵，只要有了电能，就可以获得所需要的热能。空气热泵的性能与冬季气温密切相关，英国冬季气温还是很冷，热泵性能很好，而北欧冬季温度太低，就不适合使用空气热泵。
结论：是否可以降低取暖能耗？当然。是否同时摆脱化石燃料，是的。不与忘记简单的方法，增加建筑物绝热，关注温度控制。我们应该使用热泵来替代化石燃料，这样可以降低能耗到当前水平25%。这样会需要更多电力。即使额外的电能来自化石燃料，这仍然比我们直接使用天然气锅炉的效率要高，或者说，同样供热要求下，减少了能耗。
反对者说，空气热泵性能系数仅2－3，但是这个信息太老了，过期了。如果你小心一点，就能卖得顶级热泵。我们还可以做得更好，日本政府通过法律驱动，已经极大地改进了空调性能，使热泵性能系数大于4.9.这些热泵能同时供应热水和热空气。
另外一个反对意见是，我们不同意安装空气热泵，因为这样会导致夏季使用空调。等等，我和其它人一样，讨厌夏季空调，但是，热泵效率是其它取暖方式的4倍（译者注，应该是2倍左右）。我们没有更好的选择。使用颗粒树木，使得只有少数人能依靠它，我们生产不了足够多的木材供取暖，只有森林住户。其它人，还是得依靠热泵。
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22 高效用电
图22.2 我试验关闭电器前后用电对比
我们能否不用电？是的，关闭电器是最简单的方法。使用节能等也是减少用电的良好方法。我们已经在第11章介绍了电器用电能耗。一些小电器无关紧要，但是，也有一些是电老虎。我办公室内的激光打印机不做事，也要消耗17W，等于一天消耗0.5kWh。一位朋友从IKEA带来一个灯泡。它的适配器耗能10W，等于每天消耗0.25kWh。如果你有立体声音响，DVD机，电缆调制解调器和无线设备，你会发现，可以节省一半电耗。
根据国际能源局，待机能耗等于住户能耗8%。在英国和法国，平均待机能耗是0.75kWh/d/家。问题不在待机本身，而在于待机运行的方式。可以将待机时能耗降低到0.01W，但是，生产厂家为了在制造时节省成本，就让用户使用时花大笔钱。
一个杀死吸血鬼的试验
图22.2 我试验关闭这些吸血鬼电器一周，电耗情况。通常我一天大多是时间在办公室，除了冰箱，基本上很少用电。中间高峰是微波炉，烤面包器，洗衣机和政客吸尘器等。周二我关闭了大多数吸血鬼电器，包括两个立体声音响，一个DVD机，一个电缆调制解调器，无线路由器，自动应答机。红线代表无人在家以前的能耗，绿线代表关闭电器后的能耗，下降了45W，等于每天1.1kWh。
图22.2显示了我在家做的一个试验。首先在前两条，我测量了在在外或睡觉时的能耗功率。然后，我关闭所有电器，重新测量了三天能耗，我发现节省能耗45W，按照单位电价11便士，等于一年节省45英镑。
自从我关注电表以后，我的电耗下降了一半。通常是每周读一次电表读数。以确认是否关闭了电器。每个人都可以做这件事，从而节省很多电。我们做个网页游戏，让大家记录自己的电表读数。，参见 readyoumeter.org，帮助大家进行类似试验，从而了解电耗，时刻注意降低能耗。
我希望这样的读表活动能够对节省能源有较大作用。到2050年，我假设由于能源供应高速增长，人们就可以取消此项活动。增长是我们这个社会的天性。我们会变得更加富有，从而使用更多电器。对最高级的游戏的需求，使我们增加计算机生产能力。计算机变得更加快捷，十年前计算机已经没有多少用了。
图 22.3 我家近几年（每月）用电累积
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23可再生化石燃料？
这是不可回避的事实，化石燃料还将是未来数十年内主要能源来源
美国政府发言人，2008年4月
我们目前令人幸福的进步是不可持久的 wlilliam Stanley Jevons, 1865
我们在以上三章讨论了减少电耗的技术和生活方式改变。我们发现，使用电动汽车将大幅度降低交通能耗。增加房屋绝热，使用热泵代替燃料，可以降低取暖能耗。但是即使我们大幅度降价能耗，发展英国可再生能源仍然是个挑战，下面来讨论可再生能源生产。
主要化石燃料矿藏是煤炭，全世界还有16000亿吨（中国不到2000亿吨，译者注）。让它们平均分配给全世界60亿人，持续地燃烧。也就是不停地燃烧。一吨煤炭等于含有8000kWh化学能。如果持续不断使用，等于每人每天6kWh。标准燃煤电厂发电效率是37%，等于每人每天2.2kWhe。如果我们考虑气候因素，要限制排放二氧化碳，必须分离和储存二氧化碳，现在还没有实施的一项技术，将烟囱排放的废气中二氧化碳吸收，储存到地下。这将增加很多能源消耗，相当于输出电能25%，从而建设了电能输出，使每人每天减少到1.6kWh。
这里假设全世界每年消耗煤炭16亿吨（中国2009年消耗煤炭30.5亿吨，译者注），而实际上，全世界每年消费63亿吨，而且还在不断增加。
英国情况如何？英国还剩70亿吨煤炭储备，除以英国人口6000万人，每人100吨。如果支持1000年，则每人每天2.5kWh。如果考虑二氧化碳捕集和储存，则每人每天仅能供应0.7kWh电能。（中国煤炭储量约1300亿吨，按照现在每年30亿吨，仅够60年，但现在还在高速增长，按照英国人均能耗水平为增长后的能耗最高水平来计算，就是增加一倍，8年左右就能达到，仅够30年）所以，我们很容易得到一个结论：
清洁煤炭仅是阶段技术。
（译者注：对中国来说，恐怕没有等我们将清洁煤炭发展好，我们的煤炭就没有可用的）。
如果我们发展清洁煤炭技术来减少温室其它排放，我们必须小心计算。燃烧煤炭不仅在发电厂，而且在煤矿释放二氧化碳。煤矿会释放甲烷（煤气事故的主要原因），一氧化碳和二氧化碳。它们储存在煤炭矿藏里，在开采时，就会释放出来。它们释放量约占2%，当使用清洁煤炭技术以后，这部分排放就成为主要排放了。甲烷是温室效应更强的气体，排放一个体积的甲烷等于8个体积二氧化碳温室效应。
新煤炭技术
斯坦福公司 directcarbon.com发展的直接碳燃料电池使用燃料电池代替蒸汽叶轮发电，声称效率提高一倍以上。
什么时候煤炭结束
1865年经济学家Jevons做了简单介绍。人们正在讨论，英国的煤炭还能供应多久？一般人倾向用煤炭储量除以煤炭消耗速度，从而得到答案。但是，Jevon说，消耗速度不是常数，通常每20年增长一倍（这几年，我国差不多6年增长一倍，译者注）。因此，拿储量除以消耗速度给出的答案是错误的。
因此，Jevons使用指数增长速率来计算消费量，获得用完储量的实际。结果是小多了。Jevon大胆预测，英国煤炭用完的时间是100年。这是对的，英国煤炭生产在1910年达到最多，到1965年，英国不在是世界上主要煤炭用户了。
让我们使用这个方法来估算世界。2006年煤炭消耗量是63亿吨，与储量16000亿吨相比，可以使用250年。如果考虑煤炭消耗速度在增长，结果就不是这个数字了。假设煤炭用量增长速度是每年2%（这是1930到2000年平均结果），则煤炭将在2096年用完，如果按照最近10年增长速率3.4%计算，用完煤炭时间变成2072年。其结果不是250年，而是66年。
如果Jevon生活在现在，我相信，他必然预测，除非我们转向其它能源资源，否则我们必然在2050或2060年结束我们当前不断增长的经济。
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24 核能
我们错误地将核能用于制造核武器，使核能成为恶魔。我人为这是绝对错误的。
Patrick Moore 绿色和平组织前主席
核能包括两类。一类是核裂变，我们已经知道如何使用它发电。核裂变使用铀，一种超重元素，作为燃料。我们还不知道如何使用核聚变来建发电站。聚变使用轻元素，特别是氢的同位素作为燃料。裂变是重金属核裂变成较小的核，释放能量，而聚变是轻元素核复合在一起构成较重的核，释放能量。
所有核聚变和裂变都有一个重要性质，每个原子具有的能量都百万倍于其化学能。这表明，核电厂需要处理的燃料和废物都很少，仅相当于化石燃料电厂的百万分之一。
让我们给出具体化的数字。英国平均每人每天消耗化石燃料16公斤（包括4公斤煤炭，4公斤油和8公斤天然气）。这意味着，煤炭都需要处理大量化石燃料，相当于饭量的30倍。包括从地下开采，运输，加工和燃烧。同时使每人每年排放二氧化碳11吨，等于每人每天30公斤。前面章节里，我们提到将二氧化碳捕集压缩成固体或液体，输送到某个地方储存起来。想想，一个人负责处理储存如此巨大数量的二氧化碳。每人每天30公斤二氧化碳是一个巨大的负担，是每人每天消费粮食的60倍。
比较而言，提供同样能量所需要的天然铀燃料仅仅是2克，核反应器仅使用了其中1%能量（所以近似1百万倍）。我们需要处理的矿石是200克（矿石含量1%），从而达到每人2克水平。这里我们可以看到，核电厂需要处理的物资少多了，“小的就是美的“，但是，这并不表明它就没有问题，它有美丽的小问题。
核裂变的持续能力
图24.1给出2007年全球核能发电数字，分国家或地区列出。单位是每人每天kWh。
核能是否可持续？或者说，人类释放能够依赖核裂变能量？全球核裂变能源资源有多少？我们拥有的裂变核资源是否能支持几十年，还是几百万年？
为了估算主要裂变资源铀，我给出了陆地和海洋所有可开采的铀资源量，除以60亿人，计算，如果用1000年，每人每天能用多少？
几乎所有可利用的铀资源都在海洋。海水中含量是每吨水中含有3.3克铀。加起来是45亿吨铀。我将海水中铀称为可利用的，是不精确的。我们无法接触绝大部分海水，而海水循环速度是1000年，没有人证明，从海水中工业化提取铀是可行的。所以我们分别估算陆上有资源和海洋铀资源量。
每公斤价格是130美元时，可开采的铀矿仅占千分之一。如果价格升高，则低含量的磷酸盐矿也能开采，以前在1998年前美国和比利时曾开采过。在估算铀资源时，我计算了常规和磷酸盐矿物，总量是2700万吨。如表24.2
百万吨铀
澳大利亚 1.14
哈萨克斯坦 0.82
加拿大 0.44
美国 0.34
南非 0.34
纳米比亚 0.34
巴西 0.28
俄罗斯 0.17
乌兹别克斯坦 0.12
总量 4.7
磷酸盐矿 22
海水 4500
表24.2 世界有资源 2005年一月
第一部分是确认的和估计的价格在130美元/吨以下的资源。还有130万吨废弃的铀，是以前生产中产生的核废料。
我们考虑两种方法使用铀，一种是常用的方法，能量来自仅占0.7%的U235，其它铀废弃掉。还有一种是增殖堆，建造费用大，可以将U238转变成Pu239，从每公斤铀中获得的能量增加60倍。
常规铀的核反应器，使用陆上铀矿
一兆瓦（一百万千瓦）常规电站每年需要铀162吨。所以用现有铀矿藏，按照60亿人计算，每人每天仅0.55kWh，等于136个核电站输出，仅仅是今天所有核电厂的一半。这也许低估了铀资源量。今天并不存在铀短缺，也没有刺激计划加大铀矿探查，自从1980时代以来，也没有进行多少探查活动，也许将来会发现更多铀矿资源。事实上，有文章估计，低品位的铀矿资源也许比2700万吨多1000倍。
我们是否可依靠铀资源？这很难说，因为我们对铀矿资源的估计很不确定。按照目前消耗速度，现有的，还可以用几百年。但是，如果我们不用化石燃料，使用核能替代，就必须增加40倍用量，显然就用不了几年。
快增殖堆的核反应器，使用陆上铀矿
在快堆中，铀的可利用能量增加了60倍。它可以利用U235和U238. 虽然我们不知道常规核反应器会消耗多少铀矿，但是，它们产生的核废料一样能在增殖堆中使用，因此，我们不用关心这个数字。如果能量增加60倍，则核能将为每人每天供应33kWh能量。虽然对待快堆，有多种观点，从非常危险的失败几率，到我们不久就能建造快堆，我没有能力来判断快堆技术风险。这里仅仅分析，表明我们需要其它方案。
常规核电站，使用海水中铀
如果海水中铀能够完成提取，使用常规核电站，可以得到的总能力是：
45亿吨/162吨*1百万千瓦年=28亿千瓦年
从海水中提取速度是多少？海洋循环缓慢，太平洋中下部一半海水循环到上部，需要1600年。让我们假设在1600年里，提取了10%有，则每年得到
28亿千瓦年*10%/1600年＝17.5亿千瓦
给全世界60亿人分享，是每人每天7kWh，等于现在3.7亿千瓦4倍。在假设提取能耗明显低于核反应堆产生的能量条件下，我的结论是，海水铀可以供应常规核电站相当长时间。
图24.6 来自有的可持续能量，为了比较，现在核能给全世界平均每人每天供应1.2kWh，英国是4kWh。
快堆，使用海水中铀
这时增加了60倍能量，变成每人每天420kWh，从而可以覆盖所有能耗。这需要两个很少研究的技术，从海水中提取铀和快堆。
使用河水中铀
河水中含铀，每年给海水增加32000吨。如果我们提取10%，就得到12亿千瓦能量，等于每人每天5kWh。
上述结果总结到图24.6中
成本如何？
本书基本不谈经济性。但是，由于海洋铀资源非常多，是最大的来源，这里有必要分析，使用海水中铀是否经济上可行。
日本研究者提出了以下提取海水铀的技术，成本是每公斤铀100－300美元。目前铀价格是每公斤20美元。因为铀含有如此多能量，铀成本增加5－15倍，对电能成本的影响较小。核电厂发电成本主要来源于建造成本。每公斤300美元仅增加发电成本0.3便士/度电。提取铀技术与其它技术集成，如电站冷却，可以降低成本。
这个技术能否规模化？处理海水的能耗是多少？在日本进行的试验中，使用三个装有吸收铀的材料的笼子，每个350公斤，240天可富集1公斤黄色铀饼。对应每年1.6公斤。笼子的横截面积是48平米。为了满足1百万千瓦核电站需要，我们每年需要160吨铀，所以，我们需要建设的吸收装置应该是日本试验装置10万倍大，横截面积达到4.8平方公里，含有35万吨吸收材料，比发电厂用的钢材还重。按照人均每天22kWh计算，1百万千瓦可以服务1百万人，每人每年需要0.16公斤有。也就是说，每人需要5平米吸收装置，这个计划，类似给每人配置10平米太阳能电池板。每个人配一个一吨车和相应的停车地。虽然投资巨大，但是不是那种令人可笑的规模。这个计算是针对常规核电技术，对快增殖堆，铀需要量下降60倍，每人需要的收集铀系统的吸收剂仅0.5公斤。
钍
钍也是一个类似铀的放射性元素。以前常用来制造煤气罩。在地壳中的丰度是铀的3倍。土壤中常含有百万份之六的钍，有些矿物含12%氧化钍。海水中钍含量很低，因为氧化钍不溶于水。钍在反应堆中能够完全利用。印度就利用钍。如果用光了铀，钍就是主要核燃料。
每吨钍能量是36亿kWh。也就是说，假设效率是40%，1百万千瓦核电站每年需要6吨钍。估计时间上钍资源是600万吨，是已探明量4倍，参见表24.7。与有类似，这个估算可能低估了实际量，因为今天来说，钍不是高价值的矿物。一样假设使用这些资源供应世界60亿人1000年，则每人每天得到能量是4kWh。
类似的增殖钍资源的加速器系统，由诺贝尔奖获得者Carlo Rubbia和他的同事开发，可以将6百万吨钍转换为15000TW年能量，等于每人每天60kWh持续1000年。按照发电效率40%计算，可得到给每人每天供应24kWh能量，持续1000年。而且增殖系统排放的废料放射性很低。而且，他们强调，可以得到比600万吨钍多得多的钍资源，他们估算是300倍，也就是说，可以供应每人每天120kWh能量6万年。
土地使用
让我们想象，英国不使用化石燃料，建设很多核反应堆。如果我们建设足够多的反应堆，从而完成交通和取暖的非碳化，我们能否将反应对安装到英国。核反应堆单位面积能量密度是1kW/平米。如果每人每天供应22kWh电能，则我们需要5500万千瓦核电站，每个占地1平方公里。占地等于0.02%国土面积。风能电站提供同样的电能，需要500倍土地，占英国陆地10%。如果沿海岸布置，英国海岸线，在5公里分辨率下，总长是3000公里，等于每100公里建两个核电站。虽然占地面积小，但是，占整个的海岸线比例很大，等于每100公里占用2公里（基于电站用水需要，建在海边较经济，译者注）。
清理核电站成本
清理部门给出的预算是未来25年20亿英镑。同时，核电工业给英国每人提供4kWh电能，持续25年，所以清理费用进入单位成本是2.3便士/kWh。这是一笔很大的成本，等于给海上风能补贴。
安全性
英国人很关心核电站操作的安全性。1994年建造，成本是18亿英镑，座落在谢菲尔德的THORP核电站，从2004年八月到2005年四月，因为管道破裂而泄露，向排水坑中排放了85000升富含铀的废液。这个排水坑安装了监测仪，可以监测泄露量低至15升的含铀废液，但是，没有监测出这次铀排放。因为操作人员没有检查监测系统，以确保安全系统正常工作。操作人员习惯性忽略了安全警报。
与安全系统相独立的是例行安全检查，应该检测到泄露一个月后的铀含量不正常。但是，操作员经常不做这些例行检查，因为他们感到太忙。而当他们进行检查时，如2004年八月28日，11月26日，2005年2月24日，他们也没有采取行动。
到2005年4月，已经泄露了22吨铀。这个泄露最终由会计发现，当会计师发现，他们得到的铀比供应商提供的少10%。感谢上帝，这个私人公司还在追求利润。核设施检查官感到羞愧，“电厂人情愿相信设备仪器，而不愿质疑这些设备会出问题。
如果我们让私人公司建造新核电站，我们如何确保高安全标准能够得到执行？我不知道。
另一方面，我们也不能让自己被核电站安全性问题吓到。核电站不是无限危险的地方。它危险程度类似煤矿，储存石油，燃烧煤炭，以及风能电站都是危险的。即使我们不能保证未来不发生核事故，我认为也应当与其它能用做比较。燃煤电厂一样使公众受到核辐射污染，因为煤灰中含有铀。根据科学杂志发表的文章，居住在燃煤电厂附近的每个居民所受到的核辐射大于居住在核电站附近的居民。
在评价电厂安全风险时，我们定义一个单位，每百万千瓦（GW）年致死人数，下面来看看它的含义。1GW年是一个GW电厂发电一年生产的电能。英国电厂总功率是45GW，简单说是1GW年。如果我们从电厂得到的消息是1GW年1人死亡率，则应该每年发电系统将杀死45人人。比较一下，每年英国公路造成3000人死亡。如果你对公路交通致死能够接受的活啊，你就会得出，上述电站死亡率是可以接受。当然，降低到0.1更好。相信石油钻塔悲剧，直升机在海水失事，管道泄露，炼油厂爆炸，煤矿事故，还有每年英国数十起与能源相关的事故。
下面来看看实际电厂致死率。不同国家差别很大，例如，中国煤矿死亡率是大多数国家50倍。图24.11是欧盟ExternE计划和Paul Scherrer研究所给出的研究结果，全面估算了所有能源生产的致死率。根据该图，煤炭，褐煤和石油的致死率最大，泥煤和生物质发电其次，致死率是每GW年1人以下，而核电和风电均在0.2以下。水电最好。根据Paul Scherrer研究所结果，水电最差，这是因为后者统计了不同国家。
图24.11 电车致死率
电厂内在安全
对核电事故的担心，工程师们设计时增加了很大安全措施。GT-MHR电厂，被认为是内在安全的，它转换热能到电能的效率大于普通核电站。
误解
两个广泛引用的关于核电站建设成本和废物处理的错误观点，让我们来分析一下：
建设一个核电厂，需要大量混凝土和钢材，从而产生巨大二氧化碳排放。
一个百万千瓦核电厂排放30万吨二氧化碳。将这个数字平均到25年寿命所发电上，我们可以得到：
二氧化碳排放量＝300e9克/(10e6kW*220000h)＝1.4克/kWh电
这比燃煤电厂每度电排放400克低多了。IPCC估计，核电站排放二氧化碳不超过40克/度电，包括建设，燃料处理和废物处置等。
不要误解我不是支持核能，我仅仅是进行算术计算。
核废料是巨大问题吗？
本章开始，我们提到，核反应堆产生的废料是很少的。英国十个燃煤电厂每年产生400万吨煤灰，相当于每个人每年约40升，而核废料是0.84升。大部分废物是低水平废物，7%是中等废物，3%，等于25毫升，是高水平废物。
高水平废物是非常危险的，通常在反应器中停留40年，放射水平很高，然后储存在池中，经过40年，放射性下降1000倍，继续存放1000年，放射水平才会下降到普通矿物水平。因此，储存工程师需要确保1000年储存安全。
这时非常难的问题吗？相比政府和国家寿命，一千年真是很长。但是体积很小，我认为，与其它废料相比，核废料十个小问题。每年每人25毫升，人一生下来是2升。乘以60亿人，等于105000立方米，等于35个奥林匹克游泳池。如果储存池升1米，面积等于0.1平方公里。
对人类来说，已经有很大禁区了。我不会穿过你的花园，你也不会穿过我的花园。在Balmoral，我们不受欢迎，到处是“禁止入内”标记。街道，机场，军事设施，废弃矿井，等等，都是禁区。再增加一个0.1平方公里的禁区，也许设在地下，限制1000年，又会如何？
每人每年25毫升高危险核废料，其它废料数量是，每人每年生活废料517公斤，危险废物83公斤。
比较新建核电站与现有核电站也是常用办法。下面是英国的数字。关于高放射核废料体积问题的计划估计，到2120年，现有核设施排放废料体积是478000立方米。其中2%约10000立方米是高水平废料，包括1290立方米+8150立方米用过燃料，占放射性92%。建设10个新核电站（1百万千瓦）将增加31900立方米，等于10个游泳池体积。
如果我们建很大核电站，会不会引起全球变暖，因为过多能量释放到环境中了。
这是一个有趣的问题。很容易回答。第一，请看第20页提到的全球能量平衡数据，地球大气，海洋和陆地一共吸收的太阳能是238W/平米；大气二氧化碳浓度加倍，仅增加4W/平米，增加了1.7%热量，引起气候变暖。太阳本身11年周期波动的能量变化是0.25W/平米。让我们假设100左右，实际人口是100亿，每个人使用能量的达到欧洲人的标准，每天125kWh，每个人平均拥有51000平米，得到结果是人类使用能量，贡献的额外能量是0.1W/平米。仅仅等于4W/平米的四十分之一。小于太阳能量波动范围。在这些假设下，人类使用能量对气候影响可以忽略。
我听说，核能建造速度慢，不能作出有效贡献。
快速建造核电站问题被夸大了。有人比较了实际建造速度与建造速度要求，但是基本数据只有一半是对的。卫报环境编辑总结了一个来自牛津研究集团的报告，“未来建设能对全球碳排放削减有意义贡献的核电站，工业界必须在60年内检查3000个电厂，等于每周建一个。这是不可能实现的，历史上一年最多建3.4个。3000对3.4，确实相差悬殊！这里应用了玩魔术技术。比较不仅比较时间，而且需要比较区域。3000对应的是全球，而3.4对应的是一个国家（法国）。
公正的比较方式应该是比较全球。法国拥有的核电站59个，全球一共429个，差不多占十分之一，等于增加10倍，达到一年建34个。而60年建3000个，等于一年建50个，因此，所谓不可能做到是误导。是的，这是一个很大速度，但是，与历史上能做到的水平相差很小。
真正应该比较的是世界历史上最大建设速度，看图24.14，显示了世界核电站数量随世界变化情况，数据显示，到2007年仍在运行的核电站，最大建设速度是1984年，为一年30GW，等于30个1GW电站。
核聚变如何？
我们说，我们将把太阳放入一个盒子中，这个注意真好。问题是，我们不知道如何建造这个盒子。
Sebastien Balibar, CNRS 研究主任
核聚变还处置试验阶段。我认为，假设能够解决聚变问题是轻率的，如果真的解决了问题，我会很高兴，来估计聚变能够提供的能量。
通常认为两种聚变反应最有前途，它们是：
氘氚反应，氘原子与氚原子聚合，形成氦原子，及
氘氘反应，两个氘原子聚合形成氦原子。
氘是自然界中氢的较重同位素，可从海水提取。氚是氢的更重的放射性同位素，半衰期仅12年，自然界数量很少，可从锂原子来制造。
ITER是国际上计划如何制造一个稳定工作的聚变反应堆研究计划。原计划试验氘氚反应。氘氚反应比氘氘反应好，因为能够得到更多能量，反应温度仅1亿度（怀疑是1千万度，参见http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_fusion 译者注），低于氘氘反应温度3亿度。太阳内部最大温度是1500万度。
让我们幻想，ITER计划成功了，我们来计算一下，可以得到多少能量。试验氘氚反应的电站，试验锂做燃料，等锂用光了，就没有燃料了。这时，只能使用氘氘反应，使用氘做燃料了。
我将这两类幻想称为锂聚变和氘聚变，分别估算这两种方案所能提供的能量。
锂聚变
世界地壳锂资源是950万吨，按照使用1000年，等于每人每天10kWh。海水中还有大量锂，含量是0.17ppm，假设提取每克锂能耗是2.5kWh电，提取速度是每年10万吨，反应器需要输入能量是每克2300kWh电，则每人每天得到能量是105kWh。按照这个速度，海洋中锂可使用1百万年。
氘聚变
如果我们假设科学家解决了氘氘反应问题，那绝对是个好消息。每吨水中含有33克氘，每克到能释放10万kWh能量。海洋中的水平均给每个人是2.3亿吨，我们可以推倒得到，即使世界人口增加10倍，，每人每天供应30000kwh能量，可以持续1百万年。
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图1.7里的 pig iron 不能翻译为品红 而是粗钢产量